DE10151416C1 - Multiplexerschaltung - Google Patents

Abstract

Multiplexerschaltung mit mehreren Signaleingängen (4.1-4.6) zur Aufnahme von jeweils einem Eingangssignal, mindestens einem Signalausgang (IN1-IN3) zur Ausgabe eines Ausgangssignals, das einem der Eingangssignale entspricht, mindestens einem Steuereingang (STROBE1, STROBE2) zur Aufnahme eines Steuersignals, das mindestens eines der Eingangssignale zur Weitergabe an den Signalausgang auswählt, sowie mit einer mit den Signaleingängen (4.1-4.6) verbundenen Abtastschaltung (T1-T4, R16-R23) zur Abtastung der Signaleingänge (4.1-4.6) mit einem Abtastsignal, wobei die Abtastschaltung mit dem Steuereingang (STROBE1, STROBE2) verbunden ist und in Abhängigkeit von dem Steuersignal einen einzelnen Signaleingang oder eine Gruppe von Signaleingängen mit dem Abtastsignal beaufschlagt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Multiplexerschaltung, insbesonde­ re zur Erfassung des Schaltzustandes von mehreren Schaltele­ menten durch einen Mikroprozessor in einem Kraftfahrzeug, ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei modernen Kraftfahrzeugen werden bekanntermaßen Mikropro­ zessoren eingesetzt, die eine Vielzahl von elektrischen Sig­ nalen überwachen, wobei die Anzahl der zu überwachenden Sig­ nale mit dem fortschreitenden Einsatz von elektrischen Akto­ ren und Sensoren laufend zunimmt. Beispielsweise muss der Mikroprozessor der Bordelektronik den Zustand von Türkontakt­ schaltern abfragen, die üblicherweise als Low-Side-Schalter ausgeführt sind und durch ein Abtastsignal (strobe) kurzzei­ tig mit einer Spannung beaufschlagt werden, so dass der durch den Türkontaktschalter fließende Strom bzw. die über dem Tür­ kontaktschalter abfallende Spannung während der Beaufschla­ gung mit dem Abtastsignal den Schaltzustand des Türkontakt­ schalters wiedergibt. Die nur kurzzeitige Beaufschlagung mit dem Abtastsignal bietet den Vorteil, dass durch die Überwa­ chung des Türkontaktschalters nur relativ wenig elektrische Energie verbraucht wird. Eine derartige Schaltung ist bei­ spielsweise aus DE 40 15 271 A1 bekannt.

Nachteilig an der Überwachung einer Vielzahl von Signalen durch einen Mikroprozessor ist die Tatsache, dass der Mikro­ prozessor grundsätzlich für jedes zu überwachende Signal ei­ nen Signaleingang benötigt, so dass immer aufwendigere Mikro­ prozessoren erforderlich sind.

Es ist zur Lösung dieses Problems bekannt, den Signaleingän­ gen des Mikroprozessors eine Multiplexerschaltung vorzuschal­ ten, die eine Vielzahl von Eingangssignalen in Abhängigkeit von einem durch den Mikroprozessor erzeugten Steuersignal auf eine geringere Anzahl von Signaleingängen des Mikroprozessors durchschalten kann, so dass der Mikroprozessor weniger Sig­ naleingänge benötigt. Beispielsweise kann eine derartige Mul­ tiplexerschaltung acht Eingangssignale in Abhängigkeit von einem Drei-Bit-Steuersignal auf einen Signaleingang des Mik­ roprozessors durchschalten, so dass der Mikroprozessor für die Überwachung von acht Signalen insgesamt lediglich vier Ein- bzw. Ausgänge benötigt. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise aus DE 195 36 196 C1 bekannt.

Nachteilig an der vorstehend beschriebenen Schaltungsanord­ nung mit einem Multiplexer ist jedoch die Tatsache, dass zu­ sätzlich zu dem Multiplexer eine separate Abtastschaltung zur Erzeugung des kurzzeitigen Abtastsignals (strobe) erforder­ lich ist, was einen relativ hohen schaltungstechnischen Auf­ wand bedingt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei der vorstehend beschriebenen Multiplexerschaltung den schaltungs­ technischen Aufwand zu reduzieren.

Die Erfindung wird, ausgehend von der vorstehend beschriebe­ nen bekannten Multiplexerschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die ohnehin vorhandene Abtastschaltung in die Multiplexerschal­ tung zu integrieren, um durch eine selektive Abtastung ein­ zelner Gruppen von Signaleingängen die weiter zu gebenden Eingangssignale auszuwählen.

Die erfindungsgemäße Multiplexerschaltung weist deshalb eine Abtastschaltung auf, die mit den Signaleingängen verbunden ist und diese mit einem Abtastsignal abtastet, um den elekt­ rischen Zustand der an den Signaleingängen angeschlossenen Bauelemente (z. B. Türkontaktschalter) abzufragen. Die Abtast­ schaltung ist erfindungsgemäß mit einem Steuereingang verbun­ den, der beispielsweise von einem Mikroprozessor mit einem Steuersignal angesteuert wird, wobei die Abtastschaltung in Abhängigkeit von dem Steuersignal eine Gruppe von Signalein­ gängen mit dem Abtastsignal beaufschlagt, um die jeweiligen Eingangssignale auszuwählen. Die Signalauswahl erfolgt hier­ bei also durch eine selektive Beaufschlagung der Signalein­ gänge mit dem Abtastsignal, so dass auf einen separaten her­ kömmlichen Multiplexer verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß sind die Signaleingänge deshalb unabhängig von dem Steuersignal dauerhaft elektrisch mit dem Signalaus­ gang verbunden, wobei in den Signalpfaden von den Signalein­ gängen zu dem oder den Signalausgängen vorzugsweise jeweils ein hochohmiger Widerstand und/oder eine Diode angeordnet ist, um Rückwirkungen der nicht abgetasteten Signaleingänge auf die abgetasteten Signaleingänge zu vermeiden.

Bei der erfindungsgemäßen Multiplexerschaltung werden mehrere Signaleingänge zu einer Gruppe zusammengefaßt und gemeinsam auf einen Signalausgang geführt, der beispielsweise von einem Signaleingang eines Mikroprozessors abgetastet wird. Bei sechs zu überwachenden Signaleingängen können diese bei­ spielsweise jeweils paarweise auf drei Signalausgänge zusam­ mengeführt werden.

Bei einer derartigen gruppenweisen Zusammenfassung von Sig­ naleingängen müssen entsprechend viele Steuereingänge vorhan­ den sein, um aus jeder Gruppe von Signaleingängen den ge­ wünschten Signaleingang auszuwählen. Bei einer Zusammenfas­ sung von sechs Signaleingängen zu drei Gruppen mit jeweils zwei Signaleingängen sind also zwei Steuersignale erforder­ lich.

Allgemein läßt sich sagen, dass die Anzahl der abtastbaren Signaleingänge vorzugsweise gleich dem Produkt aus der Anzahl der Steuereingänge und der Anzahl der Signalausgänge ist.

Vorzugsweise wird die Anzahl der Steuereingänge und die An­ zahl der Signalausgänge für eine vorgegebene Anzahl von zu überwachenden Steuereingängen so gewählt, dass die Summe aus der Anzahl der Signalausgänge und der Anzahl der Steuerein­ gänge minimal ist, damit beispielsweise ein nachgeschalteter Mikroprozessor möglichst wenig elektrische Anschlüsse für die Ein-/Ausgabe benötigt. Die Optimierung der Anzahl der Signal­ ausgänge und der Anzahl der Steuereingänge in dem vorstehend beschriebenen Sinne erfolgt vorzugsweise dadurch, dass die Anzahl der Signalausgänge gleich einem ganzzahligen Teiler der Anzahl der Signaleingänge ist, wobei als Optimierungskri­ terium zu beachten ist, dass die Anzahl der Signalausgänge möglichst genau der Quadratwurzel der Anzahl der Signalein­ gänge ist. Die Anzahl der Steuereingänge ergibt sich dann als Quotient aus der Anzahl der Signaleingänge und der optimalen Anzahl der Signalausgänge. Bei zwölf zu überwachenden Signal­ eingängen sind beispielsweise drei Signalausgänge und vier Steuereingänge optimal, was zu einer Anzahl von nur sieben Ein- bzw. Ausgängen für den nachzuschaltenden Mikroprozessor führt.

Falls die Signaleingänge zu Gruppen von jeweils zwei Signal­ eingängen zusammengeführt werden, ist es vorteilhaft, dass die Abtastschaltung eine Gegentakt-Ansteuerungsschaltung auf­ weist, welche die beiden Signaleingänge einer Gruppe jeweils gegenphasig mit dem Abtastsignal beaufschlagt. Eine derartige Gegentakt-Ansteuerungsschaltung kann als Push-Pull-Schaltung ausgeführt sein.

Ferner ist zu erwähnen, dass an die Signaleingänge beliebige elektrische Bauelemente angeschlossen werden können, deren Widerstand sich zustandsbedingt ändert. Vorzugsweise dient die erfindungsgemäße Multiplexerschaltung jedoch zur Überwa­ chung von Low-Side-Schaltern, die beispielsweise als Türkon­ taktschalter in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. Bei ei­ ner Verwendung derartiger Low-Side-Schalter wird als Abtast­ signal vorzugsweise ein kurzer Impuls mit einem High-Pegel verwendet.

Anstelle von Low-Side-Schaltern kann die erfindungsgemäße Multiplexerschaltung jedoch auch zur Überwachung von High- Side-Schaltern verwendet werden, wobei das Abtastsignal in einem solchen Fall vorzugsweise aus kurzen Impulsen mit einem Low-Pegel besteht.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusam­ men mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand von Fig. 1 näher erläutert.

So ermöglicht die in Fig. 1 dargestellte Multiplexerschal­ tung die Überwachung von sechs Schaltelementen, die jeweils aus einer Reihenschaltung aus einem idealen Schalter 1 und einem ohmschen Widerstand 2 bestehen, durch einen Mikropro­ zessor 3 mit drei Signaleingängen IN1-IN3 und zwei Steueraus­ gängen STROBE1, STROBE2.

Die sechs Schaltelemente sind jeweils getrennt mit einem von sechs Signaleingängen 4.1, 4.6 der Multiplexerschaltung ver­ bunden, wobei die Signaleingänge 4.1, 4.6 jeweils paarweise zu Gruppen von zwei Signaleingängen zusammengeführt sind. So sind die beiden Signaleingänge 4.1 und 4.2 über jeweils einen Widerstand R1 = 100 kΩ und R2 = 100 kΩ mit dem Signaleingang IN1 des Mikroprozessors 3 verbunden. In gleicher Weise sind die Signaleingänge 4.3 und 4.4 der Multiplexerschaltung durch je­ weils einen Widerstand R3 = 100 kΩ und R4 = 100 kΩ mit dem zweiten Signaleingang IN2 des Mikroprozessors 3 verbunden. Schließ­ lich sind die Signaleingänge 4.5 und 4.6 durch jeweils einen Widerstand R5 = 100 kΩ und R6 = 100 kΩ mit dem dritten Signalein­ gang IN3 des Mikroprozessors 3 verbunden.

Darüber hinaus sind die drei Signalausgänge der Multiplexer­ schaltung über jeweils einen Widerstand R7, R8 bzw. R9 mit einem Wert von 100 kΩ mit Masse verbunden.

Die Abfrage der sechs Schaltelemente erfolgt durch eine Ab­ tastschaltung, die einen kurzen Impuls mit einem High-Pegel an den Signaleingang des jeweiligen Schaltelementes anlegt. Die Ansteuerung der Abtastschaltung erfolgt durch die beiden Steuersignale STROBE1 und STROBE2, die von dem Mikroprozessor 3 erzeugt werden.

Im folgenden wird nun der Aufbau der Abtastschaltung der er­ findungsgemäßen Multiplexerschaltung erläutert.

Die Signaleingänge 4.1, 4.3 und 4.5 sind über jeweils einen Widerstand R10, R11 bzw. R12 mit einem Wert von 820 Ω und ei­ nen Transistor T1 mit einer Versorgungsspannung VCC verbun­ den. Bei einem Durchschalten des Transistors T1 liegt also an den Signaleingängen 4.1, 4.3 und 4.5 ein Abtastsignal mit ei­ nem High-Pegel an.

In gleicher Weise sind die anderen Signaleingänge 4.2, 4.4 und 4.6 über Widerstände R13, R14 und R15 und einen weiteren Transistor T2 mit der Versorgungsspannung VCC verbunden, so dass die Signaleingänge 4.2, 4.4 und 4.6 bei einem Durch­ schalten des Transistors T2 mit einem Abtastsignal mit einem High-Pegel beaufschlagt werden.

Die Ansteuerung des Transistors T2 erfolgt über eine zwi­ schengeschaltete Steuerschaltung durch das Steuersignal STROBE2 des Mikroprozessors 3. Die zwischen dem Mikroprozes­ sor 3 und dem Transistor T2 angeordnete Steuerschaltung weist zunächst einen Spannungsteiler auf, der aus zwei Widerständen R16 und R17 besteht. Der Spannungsteiler steuert wiederum ei­ nen Transistor T3 an, der den Transistor T2 über zwei Wider­ stände R18, R19 ansteuert.

Falls das Steuersignal STROBE2 einen High-Pegel annimmt, so schaltet demzufolge der Transistor T2 durch, was dazu führt, dass die Signaleingänge 4.2, 4.4 und 4.6 mit einem Abtastsig­ nal mit einem High-Pegel beaufschlagt werden.

Die Ansteuerung des Transistors T1 für die Signaleingänge 4.1, 4.3 und 4.5 erfolgt ebenfalls über eine Steuerschaltung durch den Mikroprozessor 3. Auch diese Steuerschaltung weist einen Spannungsteiler auf, der aus zwei Transistoren R20 und R21 besteht, wobei der Spannungsteiler einen weiteren Tran­ sistor T4 ansteuert. Der Transistor T4 steuert wiederum über zwei Widerstände R22 und R23 den Transistor T1 an. Im Ergeb­ nis führt ein High-Pegel des Steuersignals STROBE1 zu einem Durchschalten des Transistors T1, so dass die Signaleingänge 4.1, 4.3 und 4.5 mit einem Abtastsignal mit einem High-Pegel beaufschlagt werden.

Der Mikroprozessor erzeugt die Steuersignale STROBE1 und STROBE2 hierbei gegenphasig, damit aus jeder Gruppe von Sig­ naleingängen nur ein Signaleingang ausgewählt wird. Bei einem High-Pegel des Steuersignals STROBE1 und einem Low-Pegel des Steuersignal STROBE2 erfaßt der Mikroprozessor 3 an dem Sig­ naleingang IN1 beispielsweise das an dem Signaleingang 4.1 anliegende Signal, während an dem Signaleingang IN2 des Mik­ roprozessors 3 in diesem Fall das an dem Signaleingang 4.3 anliegende Signal erfaßt wird. Schließlich erfaßt der Mikro­ prozessor 3 bei einer solchen Kombination der Steuersignale STROBE1 und STROBE2 das an dem Signaleingang 4.5 anliegende Signal an den Signaleingang IN3.

Bei einem Low-Pegel des Steuersignals STROBE1 und einem High- Pegel des Steuersignals STROBE2 werden an den Signaleingängen IN1-IN3 des Mikroprozessors 3 dagegen jeweils die anderen Signaleingänge 4.2, 4.4, 4.6 der drei Gruppen erfaßt.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Aus­ führungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls in den Schutzbereich fallen.

Claims (10)

1. Multiplexerschaltung, insbesondere zur Erfassung des Schaltzustandes von mehreren Schaltelementen (1, 2) durch
einen Mikroprozessor (3) in einem Kraftfahrzeug, mit
mehreren Signaleingängen (4.1-4.6) zur Aufnahme von jeweils einem Eingangssignal,
mindestens einem Signalausgang (IN1-IN3) zur Ausgabe eines Ausgangssignals, das einem der Eingangssignale entspricht,
mindestens einem Steuereingang (STROBE1, STROBE2) zur Aufnahme eines Steuersignals, das mindestens eines der Eingangssignale zur Weitergabe an den mindestens einen Signalausgang auswählt,
einer mit den Signaleingängen (4.1-4.6) verbundenen Abtast­ schaltung (T1-T4, R16-R23) zur Abtastung der Signaleingänge (4.1-4.6) mit einem Abtastsignal, um den elektrischen Zustand der an den Signaleingängen (4.1-4.6) angeschlossenen Schaltelemente (1, 2) abzufragen, wobei die Abtastschaltung mit dem Steuereingang (STROBE1, STROBE2) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abtastschaltung (T1-T4, R16-R23) in Abhängigkeit von dem Steuersignal eine Gruppe von Signaleingängen mit dem Abtastsignal beaufschlagt, und
dass mehrere Signaleingänge (4.1 bis 4.6) gemeinsam auf einen Signalausgang (IN1 bis IN3) geführt werden,
wobei die Signaleingänge unabhängig von dem Steuersignal mit dem Signalausgang verbunden sind.

2. Multiplexerschaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Signalpfaden von den Signaleingängen zu den Signalausgängen jeweils ein Widerstand (R1-R6) angeordnet ist, um elektrische Rückwirkungen der nicht mit dem Abtastsignal beaufschlagten Signaleingänge auf die mit dem Abtastsignal beaufschlagten Signaleingänge zu vermeiden.

3. Multiplexerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Signaleingänge gleich dem Produkt aus der Anzahl der Steuereingänge und der Anzahl der Signalausgänge ist.

4. Multiplexerschaltung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus der Anzahl der Signalausgänge und der Anzahl der Steuereingänge minimal ist.

5. Multiplexerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Signalausgänge halb so groß ist wie die Anzahl der Signaleingänge, wobei die Anzahl der Steuereingänge gleich zwei ist.

6. Multiplexerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Gegentakt-Ansteuerungsschaltung (T1-T4, R16-R23), die zwei Signaleingänge oder zwei Gruppen von Signaleingängen gegenphasig mit dem Abtastsignal ansteuert.

7. Multiplexerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Signaleingängen Low-Side-Schalter (1, 2) angeschlossen sind und das Abtastsignal einen High-Pegel aufweist.

8. Multiplexerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Signaleingängen High-Side-Schalter angeschlossen sind und das Abtastsignal einen Low-Pegel aufweist.

9. Multiplexerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalausgänge und die Steuereingänge mit einem Mikroprozessor (3) verbunden sind.

10. Multiplexerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalausgänge mit mindestens einem Pull-Down- Widerstand (R7-R9) verbunden sind.