DE10142011B4

DE10142011B4 - Spannungssensor, Schaltungsanordnung mit einem Spannungssensor, sowie Verfahren zum Konfigurieren und Betreiben einer derartigen Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE10142011B4
Application number: DE2001142011
Authority: DE
Inventors: Michael Schwarz; Christian Samec; Werner Drexel; Gerhard Zweimüller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2021-08-29
Also published as: DE10142011A1; WO2003025592A1

Abstract

Spannungssensor (100) zur Überwachung einer an einem Versorgungspotentialanschluß (1) anliegenden Versorgungsspannung bezüglich eines oberen und bezüglich eines unteren Grenzwertes (Voben, Vunten), umfassend:
– ein erstes Vergleichsmittel (10), das eine Teilspannung der Versorgungsspannung (VDD) bezüglich dem unteren Grenzwert (Vunten) mit einer ersten Referenzspannung (Vref) vergleicht und bei Unterschreiten ein erstes Signal (11) abgibt,
– ein zweites Vergleichsmittel (20), das eine Teilspannung der Versorgungsspannung (VDD) bezüglich dem oberen Grenzwert (Voben) mit einer zweiten Referenzspannung (Vref) vergleicht und bei Überschreiten ein zweites Signal (21) abgibt,
– einen Spannungsteiler, bestehend aus einem ersten, zweiten und dritten Widerstandselement (R11, R2, R31), wobei der Spannungsteiler zwischen dem Versorgungspotentialanschluß (1) und einem Bezugspotentialanschluß (2) verschaltet ist, zur Bewertung des oberen und unteren Grenzwertes der Versorgungsspannung (Voben, Vunten),
– ein Kalibrier-Mittel (30), das mit dem ersten und dem zweiten Vergleichsmittel (10, 20) gekoppelt ist und eine Kalibrierung des ersten und/oder des zweiten Vergleichsmittels...

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannungssensor zur Überwachung einer an einem Versorgungspotentialanschluß anliegenden Versorgungsspannung auf einen oberen und unteren Grenzwert. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schaltungsanordnung, die einen derartigen Spannungssensor umfaßt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Konfiguration der Schaltungsanordnung sowie zum Betrieb der Schaltungsanordnung respektive des Spannungssensors beschrieben.
Spannungssensoren haben die Aufgabe, die Versorgungsspannung an einem Versorgungspotentialanschluß der Schaltungsanordung auf einen vorgegebenen Spannungsbereich, der durch einen oberen und unteren Grenzwert definiert ist, zu begrenzen. Oberhalb beziehungsweise unterhalb dieses Spannungs- oder Betriebsbereiches wird üblicherweise ein interner Reset ausgelöst, um eine Fehlfunktion der Schaltungsanordnung zu vermeiden.

Bekannte Schaltungsanordnungen sind häufig für den Betrieb mit einer Versorgungsspannung im Bereich von 2,7 V bis 5,5 V ausgelegt. Dieser Spannungsbereich stellt den Spezifikationsbereich der Schaltungsanordnung dar, in dem die Schaltungsanordnung bestimmungsgemäß funktionieren muß.

Der Spannungssensor ist üblicherweise derart ausgebildet, daß er auf einen festen oberen Grenzwert eingestellt ist. Die Überwachung des oberen Grenzwertes ist in der Regel unkritisch, da der Abstand des oberen Grenzwertes zum Spezifikationsbereich der Schaltungsanordnung ausreichend groß ist und die Schaltungsanordnung deshalb auch mit Spannungen oberhalb ihres Spezifikationsbereiches korrekt arbeitet. Bei gängigen Spannungssensoren beträgt der obere Grenzwert 6,3V, wobei eine maximale Abweichung von +/– 0,15 V toleriert wird.

Der untere Grenzwert des Spannungssensors wird bei den obigen Rahmenbedingungen auf einen Grenzwert von 2,22 V festgelegt. Der Abstand des unteren Grenzwertes des Spannungssensors von der unteren Grenze des Spezifikationsbereiches ist ausreichend groß, so daß die Funktion der Schaltungsanordnung auch bei Versorgungsspannungen unterhalb des Spezifikationsbereiches sichergestellt ist. Aus diesem Grund ist auch der untere Grenzwert des Spannungssensors fest eingestellt.

Es existiert derzeit ein großes Bestreben, den Spezifikationsbereich einer Schaltungsanordnung zu erweitern, wobei insbesondere auch ein Betrieb mit immer kleiner werdenden Versorgungsspannungen zulässig sein soll. Mit anderen Worten bedeutet dies nichts anderes, als daß der untere Wert des Spezifikationsbereiches zu geringeren Spannungen hin verschoben werden soll. Hierdurch ergibt sich die Problematik, daß der Abstand zwischen dem unteren Grenzwert des Spannungssensors und der unteren Grenze des Spezifikationsbereiches immer kleiner wird.

Bedingt durch Fertigungsschwankungen könnte der Fall eintreten, daß der tatsächliche Ansprechpunkt des unteren Grenzwertes des Spannungssensors bereits in dem Spezifikationsbereich zum Liegen kommt. Dies bedeutet nichts anderes, als daß der Spezifikationsbereich durch den Spannungssensor teilweise beschränkt wird. Eine derartige Situation führt jedoch bereits zum Auslösen eines internen Reset, auch wenn sich die Versorgungsspannung in dem zugesicherten Spezifikationsbereich befindet.

Anhand der 3, die den Verlauf der Versorgunsspannung darstellt, soll diese Problematik nochmals verdeutlicht wer den. Mit Vunten und Voben sind die oberen und unteren Grenzwerte eines Spannungssensors bezeichnet. Weiterhin sind zwei Spezifikationsbereiche X und X' dargestellt, die beispielsweise zwei unterschiedlichen Schaltungsanordnungen zugeordnet sind. Der erste Spezifikationsbereich X erstreckt sich von Vspez,unten bis Vspez,oben, der Spezifikationsbereich X' erstreckt sich von Vspez,unten' bis Vspez,oben. Die obere Grenze des Spezifikationsbereiches ist im gewählten Beispiel bei beiden Schaltungsanordnungen identisch, während sich die unteren Grenzen des Spezifikationsbereiches unterscheiden. Die oberen und unteren Grenzen des Spezifikationsbereiches liegen in beiden Fällen innerhalb der Grenzwerte Vunten und Voben des Spannungssensors.

In der Praxis dürfen die unteren und oberen Grenzen jeweils noch um einen vorgegebenen Betrag (z.B. +/– 10%) nach oben oder unten abweichen. Auch diese Abweichungen müssen dann innerhalb der Grenzwerte des Spannungssensors liegen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde darauf verzichtet, diese Abweichungen in 3 aufzunehmen.

Weiterhin ist in der 3 ein Wert Vgrenz eingezeichnet, unterhalb der ein Betrieb der Schaltungsanordnung sicher unterbunden werden muß. Dies ist deshalb notwendig, da beim Betrieb der Schaltungsanordnung mit einer Versorgungsspannung unterhalb Vgrenz aufgrund möglicher Fehlfunktionen der Schaltungsanordnung auf deren Funktionsweise geschlossen werden könnte. Ein Angreifer, der die Schaltungsanordnung ausspionieren möchte, versucht deshalb, diese mit einer Versorgungsspannung unterhalb Vgrenz zu betreiben.

Um dies zu verhindern, muß der untere Grenzwert des Spannungssensor zwischen Vgrenz und Vspez,unten beziehungsweise Vspez,unten' definiert sein. Je näher jedoch die untere Grenze eines Spezifikationsbereiches in Richtung Vgrenz rückt, desto geringer ist der Bereich, in dem der untere Grenzwert des Spannungssensors angesiedelt werden kann. Für die Schaltungsanordnung mit dem Spezifikationsbereich X steht folglich ein kleinerer Bereich Z für den unteren Grenzwert des Spannungssensors zur Verfügung als für die Schaltungsanordnung mit dem Spezifikationsbereich X'. Diese hat einen breiteren Bereich Z' für den Spannungssensor zur Verfügung.

Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, kann der untere Grenzwert Vunten aufgrund von Fertigungsschwankungen der Schaltungsanordnung sowohl oberhalb von Vspez,unten als auch unterhalb von Vgrenz zum Liegen kommen. Im ersteren Fall könnte ein interner Reset im Spezifikationsbereich X ausgelöst werden, was in jedem Falle unerwünscht ist. Im letzteren Falle könnte die Schaltungsanordnung mit einer Versorgungsspannung unterhalb von Vgrenz betrieben werden, ohne daß ein interner Reset durch den Spannungssensor ausgelöst werden würde. Ein Angriff beziehungsweise ein Ausspionieren der Schaltungsanordnung wäre deshalb möglich und muß unterbunden werden.

In JP 60211370 A ist eine Schaltung zur Erkennung eines Span nungspegels beschrieben, wobei mittels Spannungsteiler eine Teilspannung einer zu detektierenden Spannung über Komparatoren bezüglich einem unteren Grenzwert mit einer Referenzspannung verglichen wird und bei Unterschreitung über einen Schaltkreis ein Alarmsignal ausgelöst wird. Ein mit den Komparatoren in Reihe geschaltetes Kalibriermittel ermöglicht eine Erhöhung oder Erniedrigung der Teilspannung.

Aus WO 99/34223 ist eine Schaltung bekannt, mit der Span nungsschwankungen zweier über einen Spannungsteiler erhaltener Spannungen überwacht werden können. Die Spannungen werden als Eingangssignale zwei Komparatoren zum Vergleich mit einer Referenzspannung zugeführt, wobei bei Unterschreitung der Teilspannung am ersten Komparator bzw. bei Überschreitung der Teilspannung am zweiten Komparator ein Signal generiert wird.

In FR 2 577 323 A1 ist eine Schaltung zur Erzeugung eines Signals beschrieben, bei der eine Eingangsspannung an den einen Eingängen zweier Flip-Flops mittels Potentiometer an den anderen Eingängen zweier Flip-Flops justiert und variiert wird.

US 5,561,578 beschreibt einen Schaltungsaufbau zur Verhinderung einer Hochspannung an einer Röntgenröhre, wobei Referenzspannungen in einem Speicher abgelegt sind und diese über einen Schalter, initiiert über eine CPU, an einen Eingang eines Komparators zwecks Vergleichsoperationen gelegt werden.

DE 196 01 804 A1 beschreibt ein Verfahren und ein System zur Überwachung einer Recheneinheit, die ein Reset-Signal erzeugt, falls die Versorgungsspannung einen festgelegten Grenzwert unterschreitet. Hierzu wird ein festgelegter Code mit dem Inhalt einer flüchtigen Speichereinrichtung vergli chen und bei einer Abweichung eine Neu-Initialisierung vorgenommen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Spannungssensor zur Überwachung einer an einem Versorgungspotentialanschluß anliegenden Versorgungsspannung auf einen oberen und einen unteren Grenzwert anzugeben, der auch dann zuverlässig arbeitet, wenn der Abstand zwischen dem zulässigen Spezifikationsbereich und einer Grenzspannung gering ist.

Weiterhin soll eine Schaltungsanordnung angegeben werden, die eine hohe Zuverlässigkeit auch dann aufweist, wenn die untere Grenze des zulässigen Betriebsspannungsbereiches sehr geringe Werte annimmt.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Konfiguration der Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zum Betrieb der Schaltungsanordnung anzugeben, welche sicherstel len, daß auch ein Betrieb mit niedrigen Versorgungsspannungen zuverlässig möglich ist.

Diese Aufgaben werden mit einem Spannungssensor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1, mit einer Schaltungsanordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 14 sowie mit den Verfahren gemäß den Ansprüchen 21 und 23 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Ansprüchen.

Der erfindungsgemäße Spannungssensor zur Überwachung einer an einem Versorgungspotentialanschluß anliegenden Versorgungsspannung auf einen oberen und unteren Grenzwert umfaßt folgende Merkmale:

– ein erstes Vergleichsmittel, das die Versorgungsspannung auf den unteren Grenzwert durch Bewertung mit einer ersten Referenzspannung vergleicht und bei Unterschreiten ein erstes Signal abgibt,
– ein zweites Vergleichsmittel, das die Versorgungsspannung auf den oberen Grenzwert durch Bewertung mit einer zweiten Referenzspannung vergleicht und bei Überschreiten ein zweites Signal abgibt,
– einen Spannungsteilers, bestehend aus einem ersten, zweiten und dritten Widerstandselement, wobei der Spannungsteiler zwischen dem Versorgungspotentialanschluß und einem Bezugspotentialanschluß verschaltet ist, zur Bewertung des oberen und unteren Grenzwertes der Versorgungsspannung,
– ein Kalibrier-Mittel, das mit dem ersten und dem zweiten Vergleichsmittel gekoppelt ist und eine Kalibrierung des ersten und/oder des zweiten Vergleichsmittels ermöglicht, indem die zu bewertende Versorgungsspannung erhöht oder erniedrigt wird,
– ein Kalibrier-Mittel aus einer ersten Kalibrier-Einrichtung und einer zweiten Kalibrier-Einrichtung, wobei die erste Kalibrier-Einrichtung dem ersten Vergleichsmittel und die zweite Kalibrier-Einrichtung dem zweiten Vergleichsmittel zugeordnet ist,
– die erste Kalibrier-Einrichtung parallel zu einem Schaltelement verschaltet ist, das zwischen dem Versorgungspotentialanschluß und dem Knoten zwischen dem ersten und zweiten Widerstandselement des Spannungsteilers verschaltet ist und
– die zweite Kalibrier-Einrichtung parallel zu einem zweiten. Schaltelement verschaltet ist, das zwischen dem Knoten zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstandselement und dem Bezugspotentialanschluß verschaltet ist.

Schwankungen des unteren und oberen Grenzwertes des Spannungssensors aufgrund von Fertigungsstreuungen werden erfindungsgemäß durch eine Kalibrierung eliminiert, so daß die Grenzwerte sicher in dem vorgesehenen Spannungsbereich zum Liegen kommen. Der Spannungssensor weist somit im Gegensatz zum Stand der Technik keine fest eingestellten Grenzwerte mehr auf, sondern konfigurierbare Grenzwerte. Die Grenzwerte werden im Fertigungstest Chip-individuell auf den vorgesehenen Grenzwert eingestellt.

Durch die erste und zweite Kalibrier-Einrichtung wird erreicht, daß der obere und der untere Grenzwert des Spannungssensors unabhängig voneinander kalibriert werden können.

Da der Spannungsteiler sowohl dem ersten als auch dem zweiten Vergleichsmittel zugeordnet ist, ergibt sich eine insgesamt besonders einfache schaltungstechnische Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Spannungssensors. Als Widerstandselemente werden bevorzugt Widerstände verwendet. Es sind jedoch auch andere Bauelemente denkbar.

Bevorzugt weisen die erste und die zweite Kalibrier-Einrichtung jeweils eine Anzahl an Widerstandselementen mit jeweils einem dazu in Serie verschalteten Schaltelement auf, wobei die Serienschaltungen aus Widerstandselement und Schaltelement parallel verschaltet sind. Die Kalibrier-Einrichtungen sind somit derart aufgebaut, daß jeweiligen Widerstandselementen des Spannungsteilers weitere Widerstandselemente zugeschaltet werden. Hierdurch werden die an dem Spannungsteiler abfallenden Spannungen anders aufgeteilt. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, Fertigungsschwankungen, die insbesondere auf die Vergleichseinrichtungen einwirken, auszugleichen.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß nur eines der Schaltelemente jeder Kalibrier-Einrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt geschlossen ist. Durch eine geeignete Dimensionierung der Widerstandselemente ist es dann möglich, die an dem Spannungsteiler abfallenden Spannungen sehr präzise einzustellen. Denkbar wäre natürlich auch, mehrere der Schaltelemente jeder der Kalibrier-Einrichtungen zu schließen.

Weiterhin ist ein Gatter vorgesehen, das einen ersten und einen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist und der erste Eingang des Gatters mit dem Ausgang der ersten Vergleichseinrichtung und der zweite Eingang des Gatters mit dem Ausgang der zweiten Vergleichseinrichtung verbunden ist und an dem Ausgang des Gatters ein Alarmsignal abgreifbar ist, wenn die erste oder die zweite Vergleichseinrichtung das erste oder das zweite Signal abgibt.

Sowohl die erste als auch die zweite Vergleichseinrichtung werden mit einer Referenzspannung beaufschlagt, welche zur Bewertung der an dem Spannungsteiler abgegriffenen Spannungen dient. Die erste und die zweite Referenzspannung der ersten und der zweiten Vergleichseinrichtung können prinzipiell beliebig ausgewählt werden. Ein besonders einfacher Schaltungsaufbau ergibt sich dann, wenn die erste und die zweite Referenzspannung identisch sind. Als Referenzspannung wird bevorzugt die Bandgapspannung verwendet. Diese weist den Vorteil auf, daß sie unabhängig von Fertigungsschwankungen hochpräzise einstellbar ist.

Die Erfindung schlägt somit einen Spannungssensor vor, der mit flexibel einstellbaren Grenzwerten arbeitet. Prinzipiell ist die Einstellung der Grenzwerte zum Ausgleich von Fertigungsschwankungen vorgesehen. Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht es jedoch auch, daß der untere zu überwachende Grenzwert der Versorgungsspannung, bei dem das erste Signal der Vergleichseinrichtung ausgelöst wird, flexibel einstellbar ist, je nachdem, welches Schaltelement einer der oder beider Kalibrier-Einrichtungen geschlossen ist. Unter flexibel einstellbar wird vorliegend verstanden, daß der untere Grenzwert nicht nur im Millivoltbereich, sondern beliebig einstellbar ist. Durch die Konfiguration der Kalibrier-Einrichtungen ist es somit beispielsweise möglich, den Spannungssensor auf einen unteren Grenzwert von 1,8 V oder aber 2,7 V einzustellen. Die Einstellung kann bei der Herstellung bereits vorgegeben sein oder aber bei der Initialisierung des Spannungssensors jedes Mal von neuem bestimmt werden.

Es hat sich herausgestellt, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn der unterste zu überwachende Grenzwert der Versorgungsspannung 1,55V beträgt. Die untere Grenze des Spezifikationsbereiches derzeitiger Schaltungsanordnungen liegt bei 1,62 V. Dieser Wert ergibt sich aus dem unteren Spannungswert des Betriebsbereiches von 1,8 V abzüglich einer 10-%igen maximalen Abweichung nach unten. Die Grenzspannung, unterhalb der die Schaltungsanordnung auf keinen Fall mehr funktionsfähig sein darf, beträgt 1,5 V. Der Bereich Z, innerhalb der der untere Grenzwert des Spannungssensors liegen darf, erstreckt sich somit von 1,5 V bis 1,62 V. Bevorzugt wird der untere Grenzwert des Spannungssensors auf 1,55 V eingestellt.

Der obere zu überwachende Grenzwert der Versorgungsspannung, bei dem das zweite Signal der Vergleichseinrichtung ausgelöst wird, liegt bevorzugt bei 6,3 V.

Der erfindungsgemäße Spannungssensor schafft die Voraussetzungen für die flexible Einstellung des unteren und/oder oberen Grenzwertes des Spannungssensors. Die Nutzung dieser Flexibilität wird durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung möglich, die vorzugsweise einen Spannungssensor der oben beschriebenen Art, eine Recheneinheit und wenigstens eine nicht-flüchtige Speicher-Einrichtung umfaßt, wobei die Festlegung des unteren zu überwachenden Grenzwertes der Versorgungsspannung durch die Recheneinheit mittels Auslesen eines Wertes aus der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung vornehmbar ist. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und insbesondere das Verfahren zu deren Betrieb ist grundsätzlich mit jedem anderen Sensor möglich, dessen Grenzwert oder Grenzwerte variabel konfigurierbar ist oder sind. In der nichtflüchtigen Speicher-Einrichtung sind folglich Werte gespeichert, die die Chip-individuelle Konfiguration des Spannungssensors ermöglichen. Die Konfiguration des Spannungssensors selbst erfolgt durch die Recheneinheit, welche die entsprechenden Werte aus der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung ausliest und das Kalibrier-Mittel entsprechend konfiguriert. Konkret umfaßt die Kalibrierung dabei die Information, welches der Schaltelemente einer oder jeder der Kalibrier-Einrichtungen geschlossen werden muß.

Zur Erhöhung der Sicherheit der Schaltungsanordnung gegen ein Ausspionieren der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und anderer nicht näher bezeichneter Komponenten ist weiterhin ein Nur-Lese-Speicher vorgesehen, in dem ein erster Identifikations-Wert gespeichert ist. Dieser erste Identifikations- Wert dient dazu, während eines Initialisierungsprozesses abgefragt zu werden, wodurch die Funktionsfähigkeit der nichtflüchtigen Speicher-Einrichtung überprüft werden kann. Würde die Funktionsfähigkeit als nicht gegeben eingestuft, so hätte dies Auswirkungen auf die Konfiguration des Spannungssensors. Der Begriff "Konfiguration" ist so zu verstehen, daß der untere Bereich der Betriebsanordnung dann derart festgelegt wird, daß der untere Bereich des Spannungssensors möglichst restriktiv definiert wird, da man von einem Ausspionieren ausgeht. Beispielsweise kann der Spezifikationsbereich durch geeignete Einstellung des unteren Grenzwertes beschnitten werden. Für den Fall, daß die Funktionsfähigkeit der nichtflüchtigen Speicher-Einrichtung als positiv eingestuft wird, wird der Spannungssensor derart konfiguriert, daß er die Fertigungsschwankungen seiner Bauelemente ausgleicht und das Spezifikationsgebiet nicht beschnitten wird, aber der Funktionsbereich des Chips nicht verlassen werden kann, ohne daß der Sensor anspricht. Der erste Identifikations-Wert wird folglich dazu verwendet, zu bestimmen, ob die Schaltungsanordnung als unteren Betriebsbereich beispielsweise 2,7 V (es wurde die Funktionsfähigkeit der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung verneint) oder 1,8 V (die Funktionsfähigkeit der nicht-flüchitgen Speicher-Einrichtung ist gegeben) aufweist.

Vorzugsweise ist in dem nicht-flüchtigen Speicher ein zweiter Identifikations-Wert gespeichert, der zum Vergleich mit dem ersten Identifikations-Wert in dem Nur-Lese-Speicher dient. Stimmen beispielsweise der erste und der zweite Identifikations-Wert überein, so wird der untere Grenzwert des Spannungssensors auf einen ersten Wert konfiguriert. Stimmen der erste und der zweite Identifikations-Wert hingegen nicht überein, so wird der untere Grenzwert des Spannungssensors auf einen zweiten, beispielsweise über dem ersten Grenzwert liegenden Wert konfiguriert. Entsprechend ist die Konfiguration des oberen Grenzwertes des Spannungssensors möglich.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Schaltungsanordnung weiterhin einen Watchdog-Timer auf, der die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit und der wenigstens einen nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung überprüft und im Falle einer Fehlfunktion eine Initialisierung der Schaltungsanordnung veranlaßt. Die Aufgabe des Watchdog-Timers ist es, die Konfiguration des Spannungssensors der Schaltungsanordnung erst dann zuzulassen, wenn die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit, die ja die Konfiguration des Spannungssensors vornehmen soll, und der wenigstens einen nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung überprüft ist. Die Bezeichnung "Timer" implementiert bereits, daß diese Überprüfung innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne zu erfolgen hat. Wird innerhalb dieser Zeitspanne nicht die korrekte Funktionsfähigkeit der Recheneinheit und der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung an den Watchdog-Timer gemeldet, so wird ein Anhalten oder eine Initialisierung, zum Beispiel ein Reset, der Schaltungsanordnung veranlaßt.

Vorzugsweise sind die Recheneinheit und der Watchdog-Timer mit einer Taktsignalleitung verbunden, wobei der Watchdog-Timer bei jedem Taktschlag von einem vorgegebenen Zählerstand dekrementiert wird und beim Erreichen eines weiteren vorgegebenen Zählerstandes die Initialisierung der Schaltungsanordnung veranlaßt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Watchdog-Timer aus Bauelementen besteht, die auch bei einer Versorgungsspannung unterhalb des untersten Grenzwertes der Versorgungsspannung funktionsfähig sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Konfiguration der Schaltungsanordnung umfaßt die Konfiguration des untersten zu überwachenden Grenzwertes der Versorgungsspannung Chipindividuell nach der Fertigung der Schaltungsanordnung, wobei die Konfiguration die Kalibrierung des Spannungssensors um faßt. Die Chip-individuelle Konfiguration erfolgt hierbei durch aufeinanderfolgendes Aktivieren, das heißt Schließen, eines der Schaltelemente einer der oder beider Kalibrier-Einrichtungen, wobei beim Erreichen des gewünschten untersten Grenzwertes in der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung ein das betreffende Schaltelement einer der oder beider Kalibrier-Einrichtungen repräsentierender Wert gespeichert wird. Die Kalibrierung der Spannungssensoren ist folglich damit abgeschlossen, daß ein das betreffende Schaltelement repräsentierender Wert in der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung abgelegt wird. Dieser Wert ist bei jeder Initialisierung der Schaltungsanordnungen durch die Recheneinheit aufrufbar. Die Recheneinheit veranlaßt sodann, daß das dem Wert entsprechende Schaltelement der betreffenden Kalibrier-Einrichtung geschlossen wird, wodurch der Spannungssensor konfiguriert ist.

Die Konfiguration der Schaltungsanordnung umfaßt weiterhin das Einspeichern des zweiten Identifikations-Wertes in dem nicht-flüchtigen Speicher. Das Einspeichern des ersten Identifikations-Wertes in dem Nur-Lese-Speicher erfolgt durch eine Masken-Programmierung dieses Speichers bereits während der Fertigung. Wird die zweite Identifikations-Wert in dem nichtflüchtigen Speicher derart gewählt, daß er dem ersten Identifikations-Wert in dem Nur-Lese-Speicher entspricht, so wird hierdurch bereits festgelegt, auf welchen unteren Grenzwert der Spannungssensor bei der Initialisierung einstellbar ist.

Das Verfahren zum Betrieb der Schaltungsanordnung umfaßt folgende Schritte:

– in einer ersten Phase wird die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit und des Nur-Lese-Speichers überprüft,
– in einer zweiten Phase wird der erste Identifikations-Wert in dem Nur-Lese-Speicher mit dem zweiten Identifikations-Wert aus dem nicht-flüchtigen Speicher in der Recheneinheit verglichen, wobei bei einer Übereinstimmung des ersten und des zweiten Identifikations-Wertes der den untersten Grenzwert der Versorgungsspannung repräsentierende Wert aus dem nicht-flüchtigen Speicher zur Konfiguration des Spannungssensors gelesen wird.

Unter dem Begriff des "untersten Grenzwertes" wird hierbei verstanden, daß dieser dem unteren Grenzwert des Spannungssensors entspricht, welcher niedrigstenfalls eingestellt werden kann. Da der Begriff des "unteren Grenzwertes" einen flexibel einstellbaren Wert bezeichnet, stellt der unterste Grenzwert den äußersten unteren Grenzwert, bei dem der Spannungssensor ansprechen muß, dar. Der unterste Grenzwert wird deshalb meist in der Nähe von Vgrenz liegen.

Das beschriebene Verfahren zum Betrieb der Schaltungsanordnung beinhaltet folglich, daß bei einer Übereinstimmung des ersten und zweiten Identifikations-Wertes der äußerst mögliche untere Grenzwert im Spannungssensor konfiguriert wird, da dann von der korrekten Funktionsfähigkeit der nichtflüchtigen Speicher-Einrichtung ausgegangen wird. Stimmen der erste und der zweite Identifikations-Wert des Spannungssensors jedoch nicht überein, so wird der Spannungssensor auf einen unteren Grenzwert konfiguriert, der über dem untersten Spannungswert liegt, da in diesem Fall ein Ausspionieren der Schaltungsanordnung (und eventuell weiterer Komponenten) unterstellt wird. Die Nicht-Übereinstimmung des ersten und zweiten Konfigurationswertes läßt nämlich auf die Nicht-Funktion der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung schließen.

Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren sieht weiterhin vor, daß in der ersten Phase der Watchdog-Timer von einem ersten vorgegebenen Zählwert bis zu einem Überlauf zählt, wobei die Recheneinheit die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit und des Nur-Lese-Speichers bis zum Erreichen des Überlaufs dem Watchdog-Timer gemeldet haben muß. Durch diesen Verfahrens schritt wird sichergestellt, daß nicht ein Angreifer durch Störung der Code-Abarbeitung der Recheneinheit verhindert, daß der Spannungssensor korrekt initialisiert wird.

Weiterhin ist vorgesehen, daß in der zweiten Phase der Watchdog-Timer von einem zweiten vorgegebenen Zählwert bis zu einem Überlauf zählt, wobei die Recheneinheit die Konfiguration des Spannungssensors bis zum Erreichen des Überlaufs dem Watchdog-Timer gemeldet haben muß. Hierdurch wird eine zweite Barriere für einen potentiellen Angreifer aufgebaut. Für die Konfiguration des Spannungssensors ist nämlich nur eine begrenzte, durch den Watchdog-Timer vorgegebene Zeit vorgesehen. Erfolgt die Konfiguration des Spannungssensors nicht innerhalb des vorgegebenen Zeitraumes, so erfolgt ein Initialisieren der Schaltungsanordnung durch den Watchdog-Timer. Bevorzugt ist das Zählen des Watchdog-Timers ein Dekrementieren und der zweite Zählwert während der zweiten Phase ist größer als der erste Zählwert während der ersten Phase.

Es ist weiterhin vorgesehen, daß nach dem erfolgreichen Durchlaufen der zweiten Phase der Watchdog-Timer in der dritten Phase inaktiv geschaltet wird und sodann keine Initialisierung der Schaltungsanordnung mehr auslösen kann. Es versteht sich von selbst, daß die zweite Phase nur dann durchlaufen werden kann, wenn die erste Phase erfolgreich abgeschlossen wurde.

Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

1 den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Spannungssensors,

2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

3 eine Darstellung der der Erfindung zugrundeliegenden Problematik,

4 ein Flußdiagramm, anhand dem die Konfiguration der Schaltungsanordnung nachvollzogen werden kann, und

5A und 5B ein Flußdiagramm, anhand dem der Betrieb der Schaltungsanordnung nachvollzogen werden kann.

Die 1 zeigt ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Spannungssensors. Zwischen einem Versorgungspotentialanschluß 1, an dem ein Versorgungspotential VDD anliegt, und einem Bezugspotentialanschluß 2 ist ein Spannungsteiler, bestehend aus den drei Widerstandselementen R11, R2, R31, angeordnet. Ein erster Komparator 10 ist mit seinem ersten Eingang 12 mit dem Knoten zwischen dem ersten Widerstandselement R11 und dem zweiten Widerstandselement R2 verbunden. Der zweite Eingang 13 des ersten Komparators 10 ist mit einer Referenzspannung VREF beaufschlagt. In entsprechender Weise ist ein erster Eingang 22 eines zweiten Komparators 20 mit dem Referenzpotential VREF beziehungsweise mit dem zweiten Eingang 13 des ersten Komparators 10 verbunden. Die Referenzspannung VREF ist vorzugsweise die Bandgap-Spannung. Ein zweiter Eingang 23 des zweiten Komparators 20 ist mit einem Knoten zwischen dem zweiten Widerstandselement R2 und dem dritten Widerstandselement R31 verbunden. Ein Ausgang 14 des ersten Komparators 10 ist mit einem ersten Eingang 41 eines Gatters 40 verbunden. In entsprechender Weise ist ein Ausgang 24 des zweiten Komparators 20 mit einem zweiten Eingang 42 des Gatters 40 verbunden. Am Ausgang 43 des Gatters 40 kann ein Alarmsignal 44 abgegriffen werden.
Das Prinzip des Spannungssensors beruht auf dem Vergleich einer Teilspannung der externen Versorgungsspannung VDD mit der Referenzspannung. Diese Teilspannung der Versorgungsspannung wird über den, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ohmschen Spannungsteiler erzeugt. Der erste Komparator 10 überwacht den unteren Grenzwert der Versorgungsspannung, während der zweite Komparator 20 den oberen Grenzwert der Versorgungsspannung überwacht. Sinkt die Spannung an dem ersten Eingang 12 des ersten Komparators 10 unter die Referenzspannung VREF ab, so wird an dem Ausgang 14 ein erstes Signal 11 dem Gatter 40 zugeführt. Das Gatter 40 ist als Oder-Gatter ausgeführt, so daß an dem Ausgang 43 ein Alarm-Signal anliegt. Analog hierzu ist das Alarm-Signal 44 auch dann abgreifbar, wenn die an dem zweiten Eingang 23 des zweiten Komparators 20 anliegende Spannung die Referenzspannung VREF an dem ersten Eingang 22 übersteigt.
Da die Offset-Spannungen der Komparatoren 10, 20 direkt in die Schaltschwellen mit eingehen und diese Offset-Spannungen von Prozeß-Schwankungen bei der Herstellung abhängen, sieht die Erfindung vor, die Schaltschwelle, das heißt den unteren Grenzwert des Spannungssensors einstellbar zu realisieren. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem einzigen Spannungsteiler durch die Variation der Schaltschwelle des ersten Komparators 10 auch die Schaltschwelle des zweiten Komparators 20 verschoben würde, muß auch die Schaltschwelle des zweiten Komparators 20 mit verändert werden. Hierzu ist das Kalibrier-Mittel 30 vorgesehen, das parallel zu dem Spannungsteiler angeordnet ist. Das Kalibrier-Mittel 30 weist zu diesem Zweck zwei Kalibrier-Einrichtungen 31, 32 auf. Die Kalibrier-Einrichtung 31 ist hierbei dem ersten Komparator 10, der den unteren Grenzwert des Spannungssensors überwacht, zugeordnet. In entsprechender Weise ist die Kalibrier-Einrichtung 32 dem zweiten Komparator 20, der den oberen Grenzwert des Spannungssensors überwacht, zugeordnet.
Die beiden Kalibrier-Einrichtungen 31, 32 sind identisch aufgebaut. Jede Kalibrier-Einrichtung besteht aus einer Parallelschaltung aus Widerstandselementen R12,... R1n, wobei jedem der Widerstandselemente ein Schaltelement S12,... S1n in Serie geschaltet ist. Die Kalibrier-Einrichtung 31 ist einem Schaltelement S11 parallel geschaltet. Das Schaltelement S11 ist zwischen dem Versorgungspotentialanschluß 1 und dem ersten Widerstandselement R11 verschaltet. Analog hierzu ist die zweite Kalibrier-Einrichtung 32 einem Schaltelement 531 parallel geschaltet. Das Schaltelement S31 ist zwischen dem dritten Widerstandselement R31 und dem Bezugspotentialanschluß 2 angeordnet.
Zur Kalibrierung des Spannungssensors, genauer zum Bereinigen der Offset-Spannungen der ersten und zweiten Komparatoren 10, 20, werden ein oder mehrere Widerstandselemente R12,... R1n beziehungsweise R32,... R3n in den Spannungsteiler "integriert". Bei geeigneter Dimensionierung der Widerstandselemente R12,... R1n beziehungsweise R32,... R3n ist es ausreichend, jeweils lediglich ein Widerstandselement zu aktivieren und somit die Teilspannungen des Spannungsteilers zu variieren. In der Praxis hat sich gezeigt, daß eine ausreichende Genauigkeit mit acht Widerstandselementen je Kalibrier-Einrichtung erzielt wird.
Die Dimensionierung der Widerstandselemente der Kalibrier-Einrichtungen 31, 32 ist dabei dergestalt, daß die durch Prozeß-Schwankungen hervorgerufenen Offset-Schwankungen der Komparatoren 10, 20 egalisiert werden können. Eines der Widerstandselemente der Kalibrier-Einrichtungen 31, 32 wird vorzugsweise derart dimensioniert, daß bei dessen Aktivierung (das bedeutet, der in Serie geschaltete Schalter ist geschlossen) der untere zu überwachende Grenzwert der Versorgungsspannung signifikant verschoben werden kann. Ist der Spannungssensor derart dimensioniert, daß der untere Grenzwert beispielsweise auf 1,8 V ausgelegt ist, so wird der Spannungssensor bei Aktivierung des letztgenannten Widerstandselementes mit einem unteren Grenzwert von 3 V betrieben. Der Spannungssensor kann dann in Schaltungsanordnungen eingesetzt werden, die grundsätzlich verschiedene Spezifika tionsbereiche aufweisen. Im Zusammenhang mit der Beschreibung des Betriebsverfahrens des in eine Schaltungsanordnung integrierten Spannungssensors wird dieses Funktionsmerkmal besser verständlich werden.
2 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die den aus 1 beschriebenen Spannungssensor umfaßt. Der Spannungssensor 100 ist, wie bereits in 1 beschrieben, zwischen einem Versorgungspotentialanschluß 1 und einem Bezugspotentialanschluß 2 verschaltet. Der Ausgang 43 des Gatters des Spannungssensors 100 ist über eine Signalleitung mit einer Recheneinheit 110 verbunden. Für den Fall, daß der Spannungssensor 100 eine Über- oder Unterspannung detektiert, wird ein Alarmsignal 44 an die Recheneinheit 110 übermittelt, wodurch diese die Schaltungsanordnung beispielsweise in einen gesicherten Zustand bringt oder aber ein Reset-Signal auslöst. Auf welche Weise die Recheneinheit 110 auf das Alarmsignal 44 reagiert, ist prinzipiell beliebig und für die Erfindung nicht wesentlich. Über eine Signalleitung 113 ist ein Nur-Lese-Speicher 130 mit der Recheneinheit 110 verbunden. In dem Nur-Lese-Speicher 130 ist ein erster Identifikations-Wert eingespeichert. Mit der Recheneinheit 110 ist eine nichtflüchtige Speicher-Einrichtung 120 über eine Signalleitung 112 verbunden. In der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung 120 ist ein zweiter Identifikations-Wert abgelegt. Darüber hinaus ist ein Watchdog-Timer 140 vorgesehen, der über eine Signalleitung 114 mit der Recheneinheit 110, über eine Signalleitung 116 mit dem Nur-Lese-Speicher 130 und über eine Signalleitung 115 mit der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung 120 verbunden ist. Sowohl der Watchdog-Timer 140 als auch die Recheneinheit 110 sind über eine Taktsignalleitung 150 mit einem Taktsignal CLK beaufschlagt.
Der Watchdog-Timer 140 erhöht die Sicherheit der Schaltungsanordnung gegen ein unerwünschtes Ausspionieren. In einem er sten Schritt überprüft der Watchdog-Timer, ob die Recheneinheit 110 und der Nur-Lese-Speicher funktionsfähig sind. Ist dies nicht der Fall, so wird ein Neustart oder eine Initialisierung, zum Beispiel ein Reset der Schaltungsanordnung durch den Watchdog-Timer veranlaßt. Ist die Funktionsfähigkeit der beiden genannten Komponenten überprüft, so wird die Konfiguration des Spannungssensors durch die Recheneinheit 110 vorgenommen. Zu diesem Zweck liest die Recheneinheit 110 aus der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung 120 Konfigurationswerte, wodurch die Kalibrier-Einrichtungen 31, 32 konfiguriert werden. Die Konfiguration umfaßt dabei, welche der Widerstandselemente R12,... R1n beziehungsweise R32,... R3n in den Spannungsteiler "integriert" werden müssen.
Diese Konfiguration kann von Schaltungsanordnung zu Schaltungsanordnung unterschiedlich sein, da herstellungsbedingte Schwankungen unterschiedliche Teilspannungen des Spannungsteilers bedingen. Aus diesem Grunde wird nach der Herstellung der Schaltungsanordnung individuell ermittelt, welche der Widerstände der Kalibrier-Einrichtungen in den Spannungsteiler geschaltet werden müssen. Zu diesem Zweck werden die Schaltelemente jeder Kalibrier-Einrichtung aufeinanderfolgend geschlossen und durch Anlegen einer variablen Versorgungsspannung an dem Versorgungspotentialanschluß 1 der untere Grenzwert ermittelt. Nachdem der gewünschte untere Grenzwert erreicht wurde, wird ein dem Widerstandselement entsprechender Wert in dem nicht-flüchtigen Speicher 120 abgelegt. Dieser Wert wird für jede Konfiguration des Spannungssensors 100 herangezogen.
Das in 4 gezeigte Flußdiagramm veranschaulicht diesen Vorgang nochmals. Während der Fertigung der Schaltungsanordnung wird ein erster Identifikationswert in den Nur-Lese-Speicher 130 der Schaltungsanordnung eingespeichert. Das Einspeichern des ersten Identifikations-Wertes kann dabei als Masken-Programmierung des Nur-Lese-Speichers realisiert sein.
Nach der Fertigstellung der Schaltungsanordnung findet die Chip-individuelle Konfiguration des untersten zu überwachenden Grenzwertes der Versorgungsspannung statt. Dieser Verfahrensschritt umfaßt das aufeinanderfolgende Aktivieren jedes Schaltelementes einer Kalibrier-Einrichtung. Nachdem das Widerstandselement ausfindig gemacht wurde, bei dem die Offset-Schwankung des zugeordneten Komparators egalisiert werden konnte, wird ein diesem Widerstands-Element entsprechender Wert in dem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt. Hierauf erfolgt das Einspeichern eines zweiten Identifikationswertes in den nicht-flüchtigen Speicher. Mit diesem Verfahrensschritt ist die Konfiguration des den erfindungsgemäßen Spannungssensor umfassenden Schaltungsanordnung abgeschlossen.
Das Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die den beschriebenen Spannungssensor umfaßt, ist in dem 5A und 5B dargestellt. Mit dem Anlegen einer Versorgungsspannung an den Versorgungspotentialanschluß wird ebenfalls ein Taktsignal an die Taktsignalleitung 150 (2) angelegt.
Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Watchdog-Timer von einem ersten Zählwert mit jedem Taktschlag um 1 bis zu einem Überlauf zu dekrementieren. Alternativ könnte der Watchdog-Timer natürlich auch beginnend von 0 bis zu einem vorgegebenen Zählwert inkrementieren. Während des Zählvorganges des Watchdog-Timers liest die Recheneinheit 110 Werte aus dem Nur-Lese-Speicher 130 aus. Falls das Auslesen von Daten nicht möglich ist, findet eine Initialisierung der Schaltungsanordnung durch den Watchdog-Timer statt. Im Falle eines korrekten Auslesens von Daten aus dem Nur-Lese-Speicher meldet die Recheneinheit dem Watchdog-Timer die korrekte Funktion. Erfolgt die Meldung nach dem Überlauf des Watchdog-Timers, findet ebenfalls eine Initialisierung der Schaltungsanordnung statt. Erfolgt die Meldung hingegen innerhalb des Zählvorganges des Watchdog-Timers, so ist die erste Phase erfolgreich abgeschlossen.
In der zweiten Phase beginnt der Watchdog-Timer von einem zweiten Zählwert mit jedem Taktschlag um 1 bis zu einem Überlauf zu dekrementieren. Auch in diesem Fall kann der Überlauf als 0 definiert sein. Mit dem Beginn des Zählvorganges wird der erste Identifikations-Wert aus dem Nur-Lese-Speicher ausgelesen. Weiterhin findet ein Auslesen des zweiten Identifikations-Wertes aus dem nicht-flüchtigen Speicher statt. Der erste und der zweite Identifikations-Wert werden miteinander verglichen. Stimmen diese beiden Werte überein, so wird der Spannungssensor auf den untersten Grenzwert welcher aus dem nicht-flüchtigen Speicher gelesen wird, konfiguriert, da von einem korrekt arbeitendem nichtflüchtigen Speicher ausgegangen wird. Entspricht der erste Identifikations-Wert nicht dem zweiten Identifikations-Wert, so wird der Spannungssensor auf einen unteren Grenzwert konfiguriert, der über dem untersten Grenzwert liegt, da ein Ausspionieren unterstellt wird. Nach der erfolgreichen Konfiguration des Spannungssensors meldet die Recheneinheit dem Watchdog-Timer dessen Konfiguration. Nur wenn die Meldung vor dem Überlauf des Watchdog-Timers erfolgt ist, wird der Watchdog-Timer deaktiviert. Die Deaktivierung wird als dritte Phase bezeichnet. Erfolgt die Meldung nicht oder nach dem Überlauf, so wird eine Initialisierung der Schaltungsanordnung durch den Watchdog-Timer veranlaßt oder die Schaltung angehalten.

1: Versorgungspotentialanschluß
2: Bezugspotentialanschluß
10: Komparator
11: Erstes Signal
12: Erster Eingang
13: Zweiter Eingang
14: Ausgang
20: Komparator
21: Zweites Signal
22: Erster Eingang
23: Zweiter Eingang
24: Ausgang
30: Kalibrier-Mittel
31: Kalibrier-Einrichtung
32: Kalibrier-Einrichtung
40: Gatter
41: Erster Eingang
42: Zweiter Eingang
43: Ausgang
44: Alarm-Signal
100: Spannungssensor
110: Recheneinheit
111,... 116: Signal- oder Busleitung
120: nicht-flüchtiger Speicher
130: Nur-Lese-Speicher
140: Watchdog-Timer
150: Taktsignalleitung
VDD: Versorgungsspannung
Vref: Referenzspannung
R11 ... R1n: Widerstandselement
R31 ... R3n: Widerstandselement
S11 ... S1n: Schaltelement
S31 ... S3n: Schaltelement

Claims

Spannungssensor (100) zur Überwachung einer an einem Versorgungspotentialanschluß (1) anliegenden Versorgungsspannung bezüglich eines oberen und bezüglich eines unteren Grenzwertes (Voben, Vunten), umfassend: – ein erstes Vergleichsmittel (10), das eine Teilspannung der Versorgungsspannung (VDD) bezüglich dem unteren Grenzwert (Vunten) mit einer ersten Referenzspannung (Vref) vergleicht und bei Unterschreiten ein erstes Signal (11) abgibt, – ein zweites Vergleichsmittel (20), das eine Teilspannung der Versorgungsspannung (VDD) bezüglich dem oberen Grenzwert (Voben) mit einer zweiten Referenzspannung (Vref) vergleicht und bei Überschreiten ein zweites Signal (21) abgibt, – einen Spannungsteiler, bestehend aus einem ersten, zweiten und dritten Widerstandselement (R11, R2, R31), wobei der Spannungsteiler zwischen dem Versorgungspotentialanschluß (1) und einem Bezugspotentialanschluß (2) verschaltet ist, zur Bewertung des oberen und unteren Grenzwertes der Versorgungsspannung (Voben, Vunten), – ein Kalibrier-Mittel (30), das mit dem ersten und dem zweiten Vergleichsmittel (10, 20) gekoppelt ist und eine Kalibrierung des ersten und/oder des zweiten Vergleichsmittels (10, 20) ermöglicht, indem eine Teilspannung der Versorgungsspannung (VDD) erhöht oder erniedrigt wird, wobei – das Kalibrier-Mittel aus einer ersten Kalibrier-Einrichtung (31) und einer zweiten Kalibrier-Einrichtung (32) besteht und die erste Kalibrier-Einrichtung (31) dem ersten Vergleichsmittel (10) und die zweite Kalibrier-Einrichtung (32) dem zweiten Vergleichsmittel (20) zugeordnet ist, – die erste Kalibrier-Einrichtung (31) parallel zu einem ersten Schaltelement (S11) verschaltet ist, das zwischen dem Versorgungspotentialanschluß (1) und dem ersten Widerstandselement (R11) des Spannungsteilers verschaltet ist und – die zweite Kalibrier-Einrichtung (32) parallel zu einem zweiten Schaltelement (S31) verschaltet ist, das zwischen dem dritten Widerstandselement (R31) und dem Bezugspotentialanschluß (2) verschaltet ist.
Spannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Kalibrier-Einrichtung (31, 32) jeweils eine Anzahl an Widerstandselementen (R12,... R1n; R32, ... R3n) mit jeweils einem dazu in Serie verschalteten Schaltelement (S12,... S1n, S32,... S3n) aufweisen, wobei die Serienschaltungen aus Widerstandselement und Schaltelement parallel verschaltet sind.
Spannungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur eines der Schaltelemente (S12,... S1n; S32,... S3n) jeder Kalibrier-Einrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt geschlossen ist.
Spannungssensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste oder zweite Schaltelement (S11, S31) nur dann geschlossen (leitend) ist, wenn keines der Schaltelemente (S12,... S1n, S32,... S3n) der parallel geschalteten Kalibrier-Einrichtung (31, 32) geschlossen ist.
Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Vergleichsmittel (10, 20) als erste und zweite Komparatoren ausgeführt sind, die jeweils einen ersten (invertierenden) (12, 22) und einen zweiten (nicht invertierenden) Eingang (13, 23) und einen Ausgang (14, 24) aufweisen.
Spannungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang (12) des ersten Komparators mit dem Knoten des ersten und zweiten Widerstandes (R11, R2) des Spannungsteilers verbunden ist.
Spannungssensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Eingang (22) des zweiten Komparators mit dem Knoten des zweiten und dritten Widerstandes (R2, R31) des Spannungsteilers verbunden ist.
Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gatter (40) vorgesehen ist, das einen ersten und einen zweiten Eingang (41, 42) und einen Ausgang (43) aufweist und der erste Eingang des Gatters mit dem Ausgang der ersten Vergleichseinrichtung (14) und der zweite Eingang des Gatters mit dem Ausgang der zweiten Vergleichseinrichtung (24) verbunden ist und an dem Ausgang des Gatters ein Alarmsignal (44) abgreifbar ist, wenn die erste oder die zweite Vergleichseinrichtung (10, 20) das erste oder das zweite Signal (11, 21) abgibt.
Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Referenzspannung identisch sind.
Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung die Bandgap-Spannung ist.
Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der untere zu überwachende Grenzwert (Vunten) der Versorgungsspannung, bei dem das erste Signal (11) der ersten Vergleichseinrichtung (10) ausgelöst wird, flexibel einstellbar ist, je nachdem, welches Schaltelement (S12,... S1n; S32, ... S3n) einer der oder beider Kalibrier-Einrichtungen (31, 32) geschlossen (leitend) ist.
Spannungssensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der unterste zu überwachende Grenzwert der Versorgungsspannung 1,55V beträgt.
Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der obere zu überwachende Grenzwert der Versorgungsspannung 6,3V ist, bei dem das zweite Signal der Vergleichseinrichtung ausgelöst wird.
Schaltungsanordnung, umfassend – einen Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13 – eine Recheneinheit (110) und – wenigstens eine nicht-flüchtige Speicher-Einrichtung (120) wobei die Konfiguration des unteren zu überwachenden Grenzwertes der Versorgungsspannung durch die Recheneinheit (110) durch Auslesen eines Wertes aus der nichtflüchtigen Speichereinrichtung vornehmbar ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Nur-Lese-Speicher (130) vorgesehen ist, in dem ein erster Identifikations-Wert gespeichert ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß in dem nicht-flüchtigen Speicher (120) ein zweiter Identifikations-Wert gespeichert ist, der zum Vergleich mit dem ers ten Identifikations-Wert in dem Nur-Lese-Speicher (130) dient.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Watchdog-Timer (140) vorgesehen ist, der die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit (110) und der wenigstens einen nicht-flüchtigen Speicher-Einrichtung (120) überprüft und im Falle einer Fehlfunktion eine Initialisierung der Schaltungsanordnung veranlaßt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (110) und der Watchdog-Timer (140) mit einer Taktsignalleitung (150) verbunden sind, der Watchdog-Timer (140) bei jedem Taktschlag von einem vorgegebenen Zählerstand dekrementiert wird und beim Erreichen eines weiteren vorgegebenen Zählerstandes die Initialisierung der Schaltungsanordnung veranlaßt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Watchdog-Timer (140) aus Bauelementen besteht, die auch bei einer Versorgungsspannung unterhalb des untersten Grenzwertes der Versorgungsspannung funktionsfähig sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.
Verfahren zur Konfiguration einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem die Konfiguration des untersten zu überwachenden Grenzwertes der Versorgungsspannung Chip-individuell nach der Fertigung der Schaltungsanordnung erfolgt, wobei die Konfiguration die Kalibrierung des Spannungssensors (100) umfaßt und die Chipindividuelle Konfiguration durch aufeinanderfolgendes Akti vieren, das heißt Schließen, eines der Schaltelemente (S12, ... S1n; S32,... S3n) einer der oder beider Kalibrier-Einrichtungen (31, 32) erfolgt, wobei beim Erreichen des gewünschten untersten Grenzwertes in der nicht-flüchtigen Speicher-Einrichung (120) ein das betreffende Schaltelement (S12, ... S1n; S32,... S3n) einer der oder beider Kalibrier-Einrichtungen (31, 32) repräsentierender Wert gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in dem nicht-flüchtigen Speicher (120) ein zweiter Identifikations-Wert gespeichert wird.
Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem – in einer ersten Phase die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit (110) und des Nur-Lese-Speichers (130) überprüft wird, – in einer zweiten Phase der erste Identifikationswert in dem Nur-Lese-Speicher (130) mit dem zweiten Identifikationswert aus dem nicht-flüchtigen Speicher in der Recheneinheit (110) verglichen wird, wobei bei einer Übereinstimmung des ersten und zweiten Identifikationswertes der den untersten Grenzwert der Versorgungsspannung repräsentierende Wert aus dem nichtflüchtigen Speicher (120) zur Konfiguration des Spannungssensors (100) gelesen wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Phase der Watchdog-Timer (140) von einem ersten vorgegebenen Zählwert bis zu einem Überlauf zählt, wobei die Recheneinheit (110) die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit (110) und des Nur-Lese-Speichers (120) bis zum Erreichen des Überlaufs dem Watchdog-Timer (140) gemeldet haben muß.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Phase der Watchdog-Timer (140) von einem zweiten vorgegebenen Zählwert bis zu einem Überlauf zählt, wobei die Recheneinheit (110) die Konfiguration des Spannungssensors (100) bis zum Erreichen des Überlaufs dem Watchdog-Timer (140) gemeldet haben muß.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nicht-Melden der Recheneinheit (110) bis zu dem Überlauf des Watchdog-Timers (140) ein Anhalten oder Initialisieren der Schaltungsanordnung durch den Watchdog-Timer (140) zur Folge hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Nicht-Übereinstimmung des ersten und des zweiten Identifikationswertes der Spannungssensor (100) auf einen unteren Grenzwert konfiguriert wird, der über dem untersten Spannungswert liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem erfolgreichen Durchlaufen der zweiten Phase der Watchdog-Timer (140) in der dritten Phase inaktiv geschaltet wird und keine Initialisierung der Schaltungsanordnung mehr auslösen kann.