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Die
Erfindung betrifft eine Aufweck-Schaltungsanordnung und eine Steuerungsvorrichtung.
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Aus
der
EP 1 038 212 B1 ist
eine elektronische Schaltungsanordnung zum Beaufschlagen eines Mikroprozessors
mit Weck- und Aktionssignalen bekannt. Diese Schaltungsanordnung
umfasst zumindest einen zugeordneten externen Schalter zum Erzeugen
des oder der Signale. Zudem ist ein Ruhemodusschaltkreis zum Generieren
eines einen Wakeup-Interrupt auslösenden Wecksignales umfasst, wobei
das Wecksignal generiert wird, wenn der Mikroprozessor von einem
Ruhemodus in einen Arbeitsmodus gebracht werden soll. Weiterhin
ist ein Arbeitsmodusschaltkreis vorgesehen zum Generieren von Aktionssignalen
vorgesehen. Der Ruhemodusschaltkreis liegt an einem weckfähigen Digitaleingang
und der Arbeitsmodusschaltkreis an einem Analogeingang des Mikroprozessors
an. Beiden Schaltkreisen ist der externe Schalter zugeordnet. Der
Weckfähige
Eingang des Mikroprozessors ist konfiguriert unter Verwendung einer
vorbestimmten Schwellspannung oder eines Schwellspannungsintervalls,
einen Wake-up-Interrupt zu erzeugen, wenn das Wecksignal einen der
logischen Operatoren 0 oder 1 entspricht, wobei der logische Operator
0 einer Spannung kleiner einer Schwellspannung und der logische
Operator 1 einer Spannung größer einer Schwellspannung
entsprechen. Der Wake-up-Interupt wird dann ausgelöst, wenn
die anliegende Spannung die Schwellspannung überschritten hat. Der externe
Schalter ist sowohl mit dem weckfähigen Digitaleingang als auch
mit dem Analogeingang verbunden.
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Aus
der
DE 39 26 178 A1 ist
eine Aufweck-Schaltung bekannt. Derartige Aufweck-Schaltungen sind
insbesondere bei Kraftfahrzeugen deshalb erforderlich, damit der
Mikroprozessor und seine Peripherie Bausteine nicht ständig an
der Kraftfahrzeugbatterie im Betriebszustand anliegen und diese hierdurch
bei einem längeren
Stillstand des Fahrzeugs entladen wird. Andererseits darf der Mikroprozessor
auch bei einem solchen längeren
Abstellen des Fahrzeugs nicht völlig
abgeschaltet werden, da verschiedene Funktionen, wie z.B. die Auslösung der Alarmanlage
des Fahrzeugs oder die elektrische Türverriegelung, nur über ihn
aufrechterhalten werden können,
wenn sie generell über
den Mikroprozessor gesteuert werden. Eine ähnliche Problematik ergibt sich
generell bei allen batteriebetriebenen Mikroprozessorsystemen, welche
aus dem Ruhezustand heraus Funktionsabläufe ansteuern müssen.
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In
der
DE 39 26 178 A1 soll
von beliebig vielen oder unterschiedlichen Schaltern oder bei Anliegen
eines Bus-Steuersignals an einem Steuereingang der Schaltungsanordnung
ein definiertes Signal für
den Mikroprozessor erzeugt werden. Die Ansteuerung des Interrupt-Eingangs
des Mikroprozessors, insbesondere eines CMOS-Mikroprozessors, ist
es möglich
mittels der Aufweck-Schaltung über
eine beliebige Anzahl von Tastschaltern den Mikroprozessor von einem
vorher softwaremäßig erreichten
Idle- oder Stop-Modus in einen Betriebszustand zu bringen (AUF-WECKEN).
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Zur
Erzielung einer funktionssicheren Umschaltung der Mikroprozessors
unabhängig
von Art und Dauer des Steuersignals, gelang das Steuersignal in
Form von Potentialsprüngen
auf ein als Hochpass durch einen Kondensator und einem Widerstand
gebildetes Differenzierglied, das einen Impuls definierter Länge als
Aufwecksignal an den Weckeingang des Mikroprozessors abgibt.
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Durch
den Mikroprozessor wird ein schaltbarer Spannungsregler einer Spannungsversorgungsanordnung
zur Versorgung von Peripherie-Bausteinen eingeschaltet, und es ist
möglich,
den Mikroprozessor das jeweilige mit dem Interrupt-Befehl aufgerufene
Programm abarbeiten zu lassen und dabei auch Daten von einem Controller-Netzwerk
einzulesen. Diese könne
ausgewertet werden und die entsprechenden Ausgangstreiber angesteuert
werden. Sobald an den Eingängen
und Ausgängen
des Mikroprozessors keine Aktivitäten mehr stattfinden, wird dies
softwaremäßig vom
Mikroprozessor erkannt und so verarbeitet, dass er nach einer vorgesehen
Zeitspanne selbsttätig
in den Idlebeziehungsweise Stop-Modus zurückschaltet.
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Es
Wird also beim Abstellen eines Kraftfahrzeugs ausschließlich die
Aufweck-Schaltungansordnung
und der Mikroprozessor mit einer Spannung im Stand-by-Betrieb versorgt
und der Mikroprozessor selbst in den Idle- beziehungsweise Stop-Modus
gebracht. Die Stromaufnahme einer Multiplex-Station kann dementsprechend
durch Abschalten der Peripherie Bausteine auf eine Minimum reduziert
werden.
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Ein
Fahrzeugbordnetz, bei dem das Steuergerät über einen Halbleiterschalter
aus der Fahrzeugbatterie mit Spannung versorgt wird, ist aus der DE-OS
196 45 944 bekannt. Bei diesem Fahrzeugbordnetz wird das Bordnetzsteuergerät mit Hilfe
eines Feldeffekttransistors elektrisch mit der Batterie verbunden.
Solange sich der Feldeffekttransistor in leitendem Zustand befindet,
wird das Steuergerät
mit Spannung versorgt. Wird der Feldeffekttransistor so angesteuert,
dass er sperrt, geht das Steuergerät in einen "Sleep-Mode" über,
in dem es nur eine sehr geringe Stromaufnahme hat und nach einer
neuerlichen Ansteuerung des Feldeffekttransistors wieder an Spannung
gelegt und damit eingeschaltet werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe eine möglichst verbesserte Schaltungsanordnung
zum Aufwecken einer Recheneinheit, insbesondere eines Mikrocontrollers
anzugeben.
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Die
Aufgabe wird durch die Aufweck-Schaltungsanordnung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und durch die Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 15 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Demgemäß ist eine
Aufweck-Schaltungsanordnung für
eine Recheneinheit, insbesondere für einen Mikrocontroller oder
einen Mikroprozessor, vorgesehen. Die Recheneinheit ist in einen
Schlafzustand und in einen Betriebszustand versetzbar. Der Schlafzustand
kann dabei auch als Idle- oder Stop-Modus bezeichnet werden. Im
Schlafzustand ist die Stromaufnahme der Recheneinheit reduziert. Das
Versetzen der Recheneinheit vom Schlafzustand in den Betriebszustand
kann grundsätzlich durch
von außen
in die Recheneinheit wirkende Signale oder durch einen Programmablauf
der Recheneinheit selbst erfolgen. Das Versetzen von dem Betriebszustand
in den Schlafzustand erfolgt vorzugsweise durch die Recheneinheit
selbst, kann jedoch alternativ auch durch eine äußere Beschaltung erfolgen.
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Die
Recheneinheit weist jedoch zumindest einen weckfähigen Weckeingang auf, wobei
Signale der Aufweck-Schaltungsanordnung die Recheneinheit vom Schlafzustand
in den Betriebszustand versetzen. Die Aufweck-Schaltung weist hierzu
mehrere Eingänge
auf, wobei jeder Eingang jeweils mit mindestens einem nicht-weckfähigen Analogeingang
der Recheneinheit, verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem nicht-weckfähigen Analogeingang
der Recheneinheit und dem Eingang der Aufweckschaltung kann dabei
eine direkte Drahtverbindung oder eine indirekte Verbindung über ein
oder mehrere weitere Bauelemente, wie eine Diode, einen Widerstand oder
dergleichen sein. Mit mehreren Eingängen der Aufweck-Schaltungsanordnung
können
somit mehrere sich ändernde
Analogsignale oder Impedanzen zum Aufwecken der Recheneinheit überwacht
werden. Dabei weist mindestens einer der Eingänge eine Tiefpasscharakteristik
auf. Die Tiefpasscharakteristik bewirkt vorzugsweise, dass höher frequente
Signale als die einer Grenzfrequenz der Tiefpasscharakteristik nicht
zu einer Generierung eines Weck-Signals führen können.
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Die
Analogeingänge
der Recheneinheit dienen vorteilhafterweise zur Ermittlung von analogen Größen, beispielsweise
einer Spannung oder eines Stromes, die durch einen Analog-Digital-Umsetzer
in rechentechnisch auswertbare Größen, insbesondere Binärdaten,
umgesetzt werden können. Ändert sich die
analoge Größe beispielsweise
signifikant, soll die Recheneinheit aufgeweckt werden und dabei
in den Betriebszustand versetzt werden, um vorzugsweise die geänderte analoge
Größe zu auszuwerten
und insbesondere einen Steuerungsvorgang zu starten.
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Hierzu
weist die Aufweck-Schaltungsanordnung einen Ausgang auf, der mit
einem weckfähigen Weckeingang
der Recheneinheit verbunden ist. Der weckfähige Weckeingang der Recheneinheit
ist vorzugsweise ein Digitaleingang, der beispielsweise aufgrund
einer logischen Pegeländerung
von 0 nach 1 oder von 1 nach 0 des Weck-Signals zum Versetzen der Recheneinheit
in den Betriebszustand eingerichtet ist. Ein zwar bevorzugtes digitales
Weck-Signal ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Alternativ kann
auch ein weckfähiger
Analogweckeingang der Recheneinheit mit einem analogen Weck-Signal
beaufschlagt werden.
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Die
Aufweck-Schaltungsanordnung weist zudem Mitteln zur Generierung
eines Weck-Signals
in Abhängigkeit
von einer Signaländerung
oder einer Impedanzänderung
oder einer Kombination aus Signaländerung und Impedanzänderung
an zumindest einem der Eingänge
auf. In den häufigsten
Fällen wird
eine Impedanzänderung
auch eine Signaländerung
bewirken. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn sich die Ausgangsimpedanz
eines Sensors ändert, so
dass sich auch der durch den Sensor fließende Strom ändert. Jedoch
kann beispielsweise im Falle eines Frequenzsignals, das in der Aufweck-Schaltung
durch eine Frequenz-Spannungs-Wandlung in eine Spannung gewandelt
wird, bei gleich bleibender Impedanz sich das Signal in der Frequenz ändern, was
auch in diesem Fall zu einem Aufwecken der Recheneinheit führen sollte.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel zur
Weck-Signal-Generierung derart
ausgebildet, dass die Generation des Weck-Signals in Abhängigkeit
von einer Anstiegsgeschwindigkeit oder Flankensteilheit des sich ändernden
Signals. Unter Flankensteilheit wird in diesem Fall nicht nur die
Flanke eines Rechtecksignals sondern jegliche Änderungsgeschwindigkeit einer
Potential- oder Impedanzänderung
an zumindest einem der Eingänge
verstanden. Maßgeblich
ist demzufolge die zeitliche Ableitung des Potentials, die von dem Wert
Null wesentlich verschieden sein soll. Die Generation des Weck-Signals
ist bevorzugt von der Dynamik der Potentiale an zumindest einem
der Eingänge abhängig. Dagegen
haben vorteilhafterweise statische Potentialhöhen oder eine langsame Drift
eines der Potentiale an einem oder mehreren der Eingänge, die
beispielsweise über
die Lebensdauer oder eine Temperaturänderung verursacht ist, keinen
Einfluss auf die Generation eines Weck-Signals.
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Eine
weitere, besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht
vor, dass die Eingänge der
Aufweck-Schaltungsanordnung signifikant hochohmiger sind als die
Ausgangsimpedanz eines mit einem dieser Eingänge und mit dem Analogeingang der
Recheneinheit verbundenen Signaländerungsmittels.
Signifikant hochohmiger sind die Eingänge, wenn die Impedanz, insbesondere
der ohmsche Widerstand, zumindest um den Faktor 10 höher ist,
also insbesondere einen um mindestens den Faktor 10 höheren Widerstand
aufweist. Wenn ein Faktor kleiner als Faktor 10 gewählt wird,
nimmt die Systemperformance ab, so dass im Falle des Klebens mehrerer Schalter
eine Betätigung
von der Aufweckschaltung unter Umständen nicht mehr erkannt werden
kann.
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Das
Signaländerungmittel
kann verschiedene Bauelemente und Schaltungsteile umfassen, die ein
analoges Signal oder eine sich ändernde
Impedanz darstellen, das beziehungsweise die von der Recheneinheit
verarbeitbar ist. Hierzu ist das Signaländerungmittel mit dem Analogeingang
der Recheneinheit direkt oder über
weitere Bauelemente, wie Widerstände,
Dioden oder dergleichen verbunden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Signaländerungsmittel
ein spannungscodierter und/oder widerstandscodierter Schalter. Je
nach Betätigung
einer oder mehrerer der Schalterstellungen dieses Schalters wird
die Ausgangsimpedanz, insbesondere der Ausgangswiderstand verändert. Sind
beispielsweise 4 Schalterstellungen vorgesehen, sind hierzu 4 Ausgangswiderstände zugeordnet.
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In
Kombination oder alternativ zu den Schaltern ist das Signaländerungsmittel
oder zumindest eines davon ein ein analoges Ausgangssignal generierender
Sensor. Dieser Sensor gibt vorteilhafterweise ein sich gegenüber Driftpotentialänderungen
zeitlich schneller änderndes
und damit dynamisches analoges Ausgangssignal aus. Dies Ausgangssignal
ist insbesondere ein durch einen Hallsensor oder kapazitiven Näherungssensor
generiertes dynamisches Signal.
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Eine
bevorzugte vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
an den Eingängen
des Mittels anliegende Eingangsignale, insbesondere ein Strom oder
Spannungssignal in einem Summationspunkt summiert werden. Ist das
Eingangssignal beispielsweise ein Strom, ist der Summationspunkt
ein Knoten, durch den die Summe der Eingangsströme fließt. Alternativ kann auch eine
Spannungssummation, beispielsweise durch einen Operationsverstärker mittels
eines Widerstandsnetzwerkes erfolgen. Der Summationspunkt ermöglicht bevorzugt
eine Mehrzahl von Eingangsströmen
oder Eingangsspannungen, die verschiedenen Signaländerungsmittel
zugeordnet sind, zu erfassen. Besonders bevorzugt wird der Summationspunkt
in Kombination von hochohmigen Eingangswiderständen verwendet, so dass kleine
Eingangsströme
summiert werden können.
Vorteilhafterweise ist der Summationspunkt mit.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist mindestens
ein Vergleicher vorgesehen. Dieser Vergleicher ist vorteilhafterweise
ein Operationsverstärker
oder ein Komparator, dessen Ausgang mit dem Weckeingang der Recheneinheit verbunden
ist. Bevorzugt ist das Vergleicherausgangssignal zu logischen Spannungswerten
0 und 1 des weckfähigen
Digitalweckeingangs der Recheneinheit kompatibel. Die invertierende und/oder nicht-invertierende
Eingangsspannung ist in dieser Weiterbildung der Erfindung zu der
Signaländerung und/oder
Impedanzänderung
korreliert. Die Korrelation kann beispielsweise eine Proportionalität oder durch
Funktionen nichtlinearer Schaltungen oder Bauelemente, wie beispielsweise
eine Diode oder eine Transistor bedingt sein.
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Eine
andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht ein Schwellwertmittel
zur Generierung des Weck-Signals vor, wenn die Signaländerung
und/oder Impedanzänderung
an zumindest einem der Eingänge
einen Mindeständerungswert überschreitet.
Kleine Änderungen
werden dabei unabhängig
von der Flankensteilheit dieser Änderungen
ausgefiltert und führen
nicht zu einem Aufwecken der Recheneinheit. Das Schwellwertmittel
ist beispielsweise eine Diodeverschaltung oder ein Schmitt-Trigger.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung
sind als Schwellwertmittel eine oder mehrere Dioden, Transistoren
oder derartige Halbleiter verschaltet. Hierbei wird vorteilhafterweise
die Diodenspannung oder eine Zehnerspannung als Schwellwert verwendet,
so dass kleinere Spannungsänderungen
als beispielsweise die Diodenspannung nicht zur Generation des Weck-Signals führen.
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In
einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist die Aufweck-Schaltungsanordnung
zusätzlich zu
der Tiefpasscharakteristik eine Hochpasscharakteristik für zumindest
einen Eingang auf, die zusammen eine Bandpasscharakteristik bilden.
Der Hochpass kann dabei im Sub-Hertz-Bereich seine Grenzfrequenz
aufweisen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht Mittel zur Generierung
des Weck-Signals sowohl
im Falle einer steigenden Signaländerung und/oder
Impedanzänderung
als auch im Falle einer fallenden Signaländerung und/oder Impedanzänderung
vor. Demzufolge führt
in dieser Ausgestaltung beispielsweise sowohl für eine Erhöhung des Ausgangswiderstands
des Signaländerungsmittels
als auch eine Verringerung des Ausgangswiderstands des Signaländerungsmittels
zur Generation eines Weck-Signals. Hierzu können beispielsweise sowohl für die Erhöhung als
auch für
die Verringerung ein separater Teil der Aufweck-Schaltungsanordnung
zur Generation des Weck-Signals vorgesehen sein.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht jedoch ferner ein Gleichrichtungsmittel
zur von einer Pegeländerungsrichtung
des Eingangssignals unabhängigen
Generierung des Weck-Signals vor. Die Pegeländerungsrichtung kann sich
dabei auf einen steigenden Potentialpegel als auch auf einen fallenden
Potentialpegel beziehen.
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Das
Gleichrichtungsmittel ist beispielsweise ein Diodengleichrichter
in Form einer Graetzschaltung oder ein Umkehraddierer.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Wandlung eines durch
die Signaländerung
verursachten Eingangsstromes in eine vorzugsweise proportionale
Eingangsspannung in der Aufweck-Schaltungsanordnung vorgesehen.
Das Mittel zur Wandlung ist beispielsweise ein Widerstand oder ein
oder mehrere Halbleiter, wie beispielsweise ein FET-Transistor.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung sind zwei Kondensatoren mit
unterschiedlicher Kapazität
in der Aufweck-Schaltung vorgehen, wobei das Weck-Signal in Abhängigkeit
von einer Ladungsdifferenz und/oder der Kondensatorspannungsdifferenz
der zwei Kondensatoren generierbar ist. In einem Aufweck-Fall werden
die beiden Kondensatoren unterschiedlich schnell entladen, so dass eine
Differenz der Kondensatorspannungen zur Generation des Weck-Signals
verwendet werden kann.
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Zudem
betrifft die Erfindung auch eine Steuerungsvorrichtung einer Verstelleinrichtung
eines Kraftfahrzeugs. Diese Steuerungsvorrichtung weist eine Recheneinheit,
insbesondere einen Mikrocontroller auf, die in einen Schlafzustand
und in einen Betriebszustand versetzbar ist. Zudem umfasst die Steuerungsvorrichtung
eine oder mehrere Aufweckquellen, insbesondere einem widerstandscodierten Schalter.
Bestandteil der Steuerungsvorrichtung ist zudem eine Aufweck-Schaltungsanordnung
mit mehreren Eingängen,
wobei jeder Eingang jeweils mit einem nicht-weckfähigen Analogeingang
der Recheneinheit und mit mindestens einer Aufweckquelle verbunden
ist. Ein Ausgang der Aufweck-Schaltungsanordnung ist mit einem weckfähigen Weckeingang
der Recheneinheit, insbesondere mit einem Digitaleingang verbunden.
Als Bestandteil der Aufweck-Schaltungsanordnung sind Mitteln zur
Generierung eines Weck-Signals in Abhängigkeit von einer Signaländerung
und/oder Impedanzänderung
an zumindest einem der Eingänge
vorgehen. Mindestens einer, vorzugsweise alle der Eingänge der
Aufweck-Schaltungsanordnung weisen eine Tiefpasscharakteristik auf.
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Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Recheneinheit einen Mikrocontroller und eine Aufweckeinheit
aufweist. Dabei ist der Mikrocontroller im Schlaftzustand von der
Spannungsversorgung trennbar. Mit Übergang in den Betriebszustand
ist vorteilhafterweise die Spannungsversorgung erneut zuschaltbar.
Die Aufweckeinheit weist den weckfähigen Weckeingang auf. Dabei
ist die Weckeinheit ausgebildet und eingerichtet den Mikrocontroller
von der Spannungs versorgung zu trennen und vorzugsweise auch die
Spannungsversorgung für
den Betriebsmodus wieder zuzuschalten.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von figürlichen Darstellungen mehrerer
Ausführungsbeispiele
näher beschrieben.
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Dabei
zeigen
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1 einen
Schaltplan einer ersten Ausführungsvariante,
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2 einen
beispielhaften Spannungsverlauf eines Ausgangssignals und von Eingangspannungen
eines Operationsverstärkers,
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3 einen
Schaltplan einer zweiten Ausführungsvariante,
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4 einen
Schaltplan einer dritten Ausführungsvariante,
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5 einen
Schaltplan einer vierten Ausführungsvariante.
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In 1 ist
ein Schaltplan einer ersten Ausführungsvariante
der Erfindung dargestellt. Die Schaltungsanordnung umfasst mehrere
Teile die auf einem Schaltungsträger
zusammen oder örtlich
voneinander getrennt angeordnet sein können. In 1 ist
eine elektrische Steuereinheit ECU ein Sensor sowie Bedienelemente
als elektronische Bauelemente beziehungsweise als eine Zusammenschaltung
elektronischer Bauelemente dargestellt. Die elektronische Steuereinheit
ECU umfasst neben einem Mikrocontroller μC sowie einer Beschaltung der
Analogeingänge
analog input a, analog input b und analog input c und den Pullabwiderständen R1,
R2 und R3, eine wake-up Schaltungsanordnung. Die wake-up Schaltungsanordnung
weist dabei drei Dioden D1, D2 und D3 auf, die mit den Eingängen analog
input a, analog input b und analog input c des Mikrocontrollers μC verbunden
sind. Weiterhin ist die wake-up Schaltungsanordnung, die im deutschen
auch als Aufweck-Schaltungsanordnung bezeichnet wird, über ihren
Ausgang f mit einem weckfähigen
Eingang digital Wup-Input mit dem Mikrocontroller μC verbunden.
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Die
Eingänge
analog input a, analog input b und analog input c des Mikrocontrollers μC sind aus der
elektrischen Steuereinheit ECU herausgeführt und, wie in 1 dargestellt,
mit einem Sensor mit der Ausgangsspannung V1 sowie 2 Bedienelementen
dem Schalter S1 und dem Schalter S2 verbunden. Die Eingänge der
elektrischen Steuereinheit ECU die mit dem Sensor und mit den Bedienelementen
verbunden sind, sind zugleich die Eingangsknoten a, b und c der
Aufweck-Schaltungsanordnung. Die in 1 dargestellten
Bedienelemente mit den Schaltern S1 und S2 sind als widerstandskodierte Betätigungselemente
ausgebildet. Hierzu weisen die Schalter S1 und S2 jeweils mehrere
Schalterstellungen auf, die jeweils einer unterschiedlichen Ausgangsimpedanz
RS1, RS1-, RS2 und RS2- zugeordnet sind. In dem in 1 dargestellten
Basiszustand dieser beiden Schalter S1 und S2 sind diese in einem
offenen Schaltzustand, so dass kein Strom über die Schalter S1 und S2
fließen
kann. In 1 wurde lediglich beispielhaft
eine Schaltungsanordnung für
einen Sensor, der hier als Spannungsquelle modelliert ist, und alternativ
als Stromsenke denkbar wäre,
sowie zwei Bedienelementen herangezogen. Sensoren und Bedienelemente
wie die Schalter S1 und S2 sowie weitere die Analogeingänge analog
input a, analog input b und analog input c des Mikrocontrollers μC beeinflussende
Elemente können
allgemein durch den Begriff Aufweckquellen zusammengefasst werden.
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Geht
die elektronische Steuereinheit ECU in den Schlafmodus werden die
Widerstände
R1, R2 und R3 durch den elektronischen Schalter S, beispielsweise
ein Feldeffekttransistor von der positiven Versorgungsspannung VCC
getrennt. Demzufolge werden im Schlafmodus die Knoten a, b und c
nicht über
die Widerstände
R1, R2 und R3 bestromt. Die genannten Knoten a, b und c sind wegen
der Entkoppeldioden D1 D2 und D3 hochohmig wenn Basiszustände bei
den Aufweckquellen vorausgesetzt werden. In dem Basiszustand befinden
sich die Aufweckquellen wenn die Bedienelemente im Leerlauf sind, was
heißt,
dass diese eine nahezu unendliche Impedanz aufweisen. Dieser Fall
tritt wie in 1 dargestellt ohne Eingriff
des Benutzers ein. Bezüglich
des Sensors wird für
den Basiszustand als Ausgangssignal ein Highpotential erforderlich.
Eine Einsparung der Dioden D1, D2 und D3 wäre zudem denkbar, wenn der
jeweilige Analogeingang analog input a, analog input b oder analog
input c des Mikroprozessors μC
auf das Potential der Batteriespannung V Bat gebracht werden dürfte. Um
in diesem Fall die Schaltungsperformance nicht negativ zu beeinträchtigen, sollte
R1 und R2 für
eine Applikation ohne Dioden hochohmig ausgelegt werden.
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Die
Eingangsknoten a, b und c werden über die Hochohmigen Widerstände R4,
R5 und R6 auf den Summationspunkt d geführt, sodass die über die Widerstände R4 und
R5 und R6 fließende
Ströme
am Summationspunkt d zu einem Gesamtstrom summiert werden. Ist die
Ausgangsspannung des Sensors V1 auf Highpotential und sind die Schalter
S1 und S2 offen, fällt
aufgrund des gleichen Potentials zwischen den Knoten a und d, b
und d und c und d keine Spannung über den Widerständen R4,
R5 oder R6 ab, sodass durch den Summationspunkt d kein Strom fließt. Die
Kondensatoren C1 und C2 sind in diesem Zustand geladen und weisen
eine Kondensatorladung in Abhängigkeit
von dem Verhältnis
des Kapazitätswertes
der Kapazitäten
zueinander auf. Das Potential am Knoten e entspricht dabei dem Potential
an dem Knoten d, sodass über
den Widerstand R8 kein Strom fließt. In diesem Fall sind demzufolge
die einzigen Stromverbraucher der elektrischen Steuereinheit ECU
der Mikrocontroller μC
und der Komparator OP.
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Soll
die elektronische Steuereinheit ECU aus dem zuvor beschriebenen
Schlafmodus geweckt werden, wird hierzu beispielsweise der Schalter
S1 betätigt,
sodass der Eingangsknoten b über
den Widerstand RS1 und den Schalter S1 mit Masse verbunden wird.
Demzufolge ändert
sich in diesem Moment sprungartig die Ausgangsimpedanz eines der Bedienelemente.
Dies wiederum führt
zu einem Stromfluss durch den Widerstand R5 und den Widerstand R8
sodass der Kondensator C1 entladen und der Kondensator C2 geladen
wird. Die an dem Widerstand R8 durch diese Betätigung des Schalters S1 abfallende
Spannung übersteigt
dabei die der als Gleichrichter wirkenden Dioden zugehörige Diodenspannung,
sodass am Eingang des Komparators OP über den Widerstand R9 eine
Differenzspannung auftritt die zu einem positiven Ausgangsimpuls
des Komparators OP führt.
Dieser Ausgangsimpuls des Komparators OP gelangt über den
Widerstand R11 auf den Ausgang der Aufweckschaltungsanordnung, der mit
dem weckfähigen
Eingang digital wup-input des Mikrocontrollers μC verbunden ist und diesen in
den Wachmodus aufweckt. Zur Begrenzung der Ausgangsspannung des
Komparators OP ist die Zehnerdiode D14 vorgesehen.
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Wenn
die Aufweckquellen im Basiszustand sind, erzwingt der Widerstand
R6 oder R5 oder R4 der in diesem Zustand als pullab-Widerstand wirkt, ein
Highpotential am Signalknoten d. Die Impedanzen der Widerstände R4,
R5, R6 und R7 sollten einen um mindestens den Faktor 10 höheren Impedanzwert
als die Impedanzen der Aufweckquellen aufweisen. Die Anzahl der
Aufweckquellen kann theoretisch auf unendlich viele ausgedehnt werden.
Mit der Schaltungsanordnung der 1 ist mit
bis zu 5 fehlerhaften Eingängen
eine Generierung eines Aufwecksignals in Form einer Impulsnadel
möglich.
Unter fehlerhaften Eingängen
wird in diesem Zusammenhang eine Aufweckquelle verstanden die nicht
in den Basiszustand zurückkehrt.
Dies ist beispielsweise der Fall wenn der Schalter S1 in der mittleren Schalterstellung
kleben bleibt und so der Eingangsknoten d dauerhaft über den
Widerstand RS1 nach Masse geschalten ist. Ein anderer fehlerhafter
Eingang wäre
beispielsweise bei einem Kurzschluss eines Sensors gegeben. Die
Beschränkung
auf 5 fehlerhafte Eingänge
ist durch die Auslegung der Schaltung der 1 bedingt
und ist in diesem Fall durch die Schleusenspannungen der Dioden
D10, D11, D12 und D13 verursacht. Die Schleusenspannungen der Dioden
D10, D11, D12 und D13 bewirken zugleich, dass Signale, insbesondere
Störsignale
die einen Spannungsabfall am Widerstand R8 bewirken, der kleiner
ist als die Schleusenspannungen der Dioden D10 bis D13 nicht zu
einer Generation eines Aufwecksignals durch die Aufweckschaltungsanordnung führen. Zudem
werden durch die Schleusenspannungen dieser Dioden D10 bis D13 eventuelle
Drifterscheinungen unterdrückt.
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Wird
im normalen Betrieb dagegen ein Schalter geschlossen beispielsweise
der Schalter S2, dann tritt am Signalknoten d eine fallende Flanke auf.
Analog dazu tritt eine steigende Flanke beim Öffnen von Schaltern auf. In
beiden Fällen ändert sich die
Ladungsverteilung am kapazitiven Spannungsteiler aus C1 und C2,
was mit einem Stromfluss über den
Widerstand R8 verbunden ist. Die am Widerstand R8 abfallende Spannung
wird nachfolgend über
eine Gleichrichterbrücke,
die mit dem Widerstand R8 verbunden ist, dem Differenzeingang des Komparators
OP der nur eine geringe Leistung aufnimmt, zur Verfügung gestellt.
Es sei zusätzlich
darauf hingewiesen, dass sich neben einem Komparator OP natürlich auch
ein Operationsverstärker
als Komparator beschallten lässt
und in die Schaltungsanordnung ohne Modifikation einzubringen ist.
Die mögliche
Spannungsmessung an den Eingangsknoten a, b und c wird durch die
Aufweckschaltungsanordnung der 1 am Signalknoten
d in eine Srommessung überführt.
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Bei
der beschriebenen Spannung über
R8 wird eine Differenzspannung am Eingang des Komparators OP generiert
die den Ausgang des Komparators OP so lange an der oberen Aussteuerungsgrenze
hält, wie
der Umladeprozess am kapazitiven Spannungsteiler aus den Kondensatoren
C1 und C2 stattfindet. Der kapazitive Spannungsteiler C1 und C2
bildet mit sämtlichen
Widerständen
im Strompfad R4 bis R8 einen Tiefpass. Zur Berechnung der Zeitkonstante
dieses Tiefpass geht ferner auch der Widerstand R9 ein, der zur
Stabilisierung stationärer Zustände benötigt wird.
Dieses Tiefpassverhalten begünstigt
dass EMV verhalten (elektronmagnetische Verträglichkeitsverhalten) der Schaltung,
da hochfrequente Störeinstrahlung
reduziert wird. Der Gleichrichterblock aus den Dioden D10 bis D13
dient zur Pegelanpassung am Komparator OP. Dabei wird gewährleistet
dass die entstehenden Spannungshübe am
Signalknoten d bei Zustandsänderung
der Signalquellen über
die Tiefpasscharakteristik und die Gleichrichterdiodenbrücke aus
den Dioden D10 bis D13 gelangen und dem Komparator OP als Differenzspannung
zugeführt
werden.
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Die
in 1 dargestellten Ausführungsvarianten der Erfindung
ermöglicht
die Funktionalität
des Aufweckens einer Schaltung mit geringen Aufwand und geringen
Kosten. Die Kompatibilität
zu Sensoren und Bedienelementen ist unabhängig von dem Verhältnis der
jeweiligen Impedanzen der Aufweckquellen gewährleistet. Ein Fehlerfall einiger
Elemente (z.B. ein Schalterkleben) blockiert nicht das intakte Restsystem,
wie nachfolgend in der 2 beschrieben wird. Das EMV
Verhalten wird durch eine Eingangsseitige Tiefpasscharakteristik
begünstigt.
Definierbare Filtereigenschaften dieser Tiefpasscharakteristik lassen
eine Optimierung bezüglich
des EMV-Verhaltens zu.
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Die
Verarbeitungsgeschwindigkeit von Signaländerungen am Eingang der elektrischen
Steuereinheit ECU ist im Bereich weniger Millisekunden. Daher ist
die Reaktion der elektrischen Steuereinheit ECU auf Bedieneingaben
eines Benutzers ohne zeitlich spürbaren
Verzug möglich.
Der Ruhestrom der elektrischen Steuereinheit ECU liegt bei der Verwendung
von aktiven Halbleitern im Bereich von nur wenigen Mikroampere.
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In 2 sind
Spannungsverläufe
der Aufweckschaltungsanordnung als Simulation dargestellt. Im unteren
Bereich der 2 ist der Verlauf zweier Potenziale
V(R8)+ und V(R8)– an
beiden Enden des Widerstandes R8 dargestellt. Im Basiszustand sind
beide Potentiale V(R8)+ und V(R8)– auf dem Potenzial von 11
Volt. Zum Zeitpunkt 0,1 Sekunden erfolgt die erste Betätigung eines
Bedienelementes, beispielsweise des Schalters S1 die zu einem Stromfluss über den
Widerstand R5 und den Widerstand R8 führt. Die Potenzialdifferenz
zwischen den Potenzialen V(R8)+ und V(R8)– wird wie zuvor beschrieben über den
Gleichrichter aus den Dioden D10 bis D13 auf den Komparator OP geführt. Die Ausgangsspannung
der Aufweckschaltungsanordnung ist in oberen Bereich der 2 dargestellt. Nachfolgend
zu dem Zeitpunkt 0,1 Sekunden entsteht aufgrund der Potenzialdifferenz
ein Spannungsrechteck am Ausgang der Aufweckschaltung.
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Bis
zum Zeitpunkt 0,3 Sekunden erreichen die Potenziale V(R8)+ und V(R8)– den Wert
von circa 9 Volt gegenüber
Masse. Dies ist dadurch bedingt, dass in der Simulation der 2 zum
Zeitpunkt 0,1 Sekunden bis zu dem Zeitpunkt 0,3 Sekunden der Schalter
S1 in der mittleren Stellung das heißt im Kontakt mit dem Widerstand
R1 verblieben ist. Dies kann dadurch verursacht sein das der Schalter
S1 in dieser mittleren Stellung kleben geblieben ist. Trotz der
absoluten Änderung
der Potenziale V(R8)+ und V(R8)– auf
dem Wert von 9 Volt kann eine weitere Impedanzänderung des Bedienelementes
mit dem Schalter S2 zur Generierung eines weiteren Aufwecksignalimpulses
genutzt werden.
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Hierzu
wird zum Zeitpunkt 0,3 Sekunden der Schalter S2 beispielsweise in
die Rechte Position bewegt sodass dieser mit dem Widerstand RS2' verbunden ist. Dies
führt wiederum
wie in 2 dargestellt nach dem Zeitpunkt 0,3 Sekunden
zu einem Abfall der Potenziale V(R8)+ und V(R8)– mit unterschiedlichen Zeitkonstanten
auf den Wert von cirka 7,5 Volt. Die unterschiedlichen Zeitkonstanten
der Potenziale V(R8)+ und V(R8)– erzeugen
einen weiteren Ausgangsimpuls der zum Zeitpunkt 0,3 Sekunden in
der oberen Hälfte
der 2 dargestellt ist. Auch beim Kleben des Schalters
S2 kann wie zum Zeitpunkt 0,5 Sekunden dargestellt eine weitere
Impedanzänderung
oder Ausgangsspannungsänderung
des Sensors detektiert werden und der generierte Ausgangsimpuls
zum Aufwecken der elektrischen Steuereinheit ECU genutzt werden.
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Nachfolgend
nach dem Zeitpunkt 0,6 Sekunden sind drei weitere in diesem Fall
steigende Flanken der Potenziale V(R8)+ und V(R8)– dargestellt, die
ebenfalls wie die fallenden Flanken jeweils ein Aufweckimpuls bewirken,
wie dies in der oberen Hälfte
der 2 dargestellt ist.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einer Aufweckschaltungsanordnung ist in der 3 als
Schaltplan dargestellt. Gegenüber
der 1 ist lediglich die Aufweckschaltungsanordnung geändert. Wie
in der 1 bewirkt eine Impedanzänderung an einem der Eingangsknoten
a, b oder c einen Stromfluss durch den Widerstand R8. Dieser Stromfluss
durch den Widerstand R8 verursacht unterschiedliche Potentiale an
den Knoten d und e insoweit ist die Funktionsweise der Aufweckschaltungsanordnung
identisch zu der in 1. Abweichend von der 1 weist
das Ausführungsbeispiel
der 3 einen ersten Komparator OP1 und einen zweiten Komparator
OP2 auf, die jeweils über
einen Widerstand R8 beziehungsweise R12 mit jeweils einem weckfähigen Eingang
digital Wup-Input des Mikrocontrollers μC verbunden sind.
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Jeweils
einer der Komparatoren OP1 und OP2 wird für eine steigende beziehungsweise
fallende Flanke der Potentialunterschiede zwischen den Knoten d
und e verwendet. Hierzu sind die Knoten e und d über die Widerstände R10
und R9 mit dem invertierenden beziehungsweise nicht-invertierenden Eingang
des jeweiligen Komparators OP1 oder OP2 verbunden. In der Ausgestaltung
der Erfindung in der 3 sind zusätzlich die Kondensatoren C3
und C4 vorgesehen die mit den Widerständen R9 respektive R10 einen
Tiefpass bilden und somit die Störsicherheit
der Aufweckschaltungsanordnung verbessern. Aufgrund der fehlenden
Diodenspannungen des Gleichrichters der 1 ist die
Aufweckschaltungsanordnung der 3 empfindlicher,
sodass auch für eine
größere Anzahl
von fehlerhaften Aufweckquellen eine Detektion einer Betätigung zur
Generierung eines Aufweckimpulses ermöglicht wird.
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5 stellt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Aufweckschaltungsanordnung
dar. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 3 ist
im Ausführungsbeispiel
der 5 kein Vergleich der Potenzialunterschiede an
einem Widerstand vorgesehen. In der 5 sind zwei
Summationspunkte d und e vorgesehen, die jeweils über hochohmige
Widerstände
R4, R4.1, R5, R5.1, R6 und R6.1 mit den Eingangsknoten a, b und
c der Aufweckschaltungsanordnung verbunden sind. Diese Widerstände R4,
R4.1, R5, R5.1, R6, R6.1 bilden zusammen mit den Impedanzen des
Sensors und der Bedienelemente sowie den Widerständen R7 und R8 einen Spannungsteiler,
wenn sich die Aufweckquellen nicht in dem Basiszustand befinden.
Weiterhin sind die Kondensatoren C1 und C2 vorgesehen, die mit den
jeweiligen Spannungsteilern aus den zuvor genannten Widerständen eine
Zeitkonstante bilden.
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Werden
gleiche Widerstände
für R4,
R4.1, R5, R5.1, R6 und R6.1 sowie gleiche Widerstände von
R7 und R8 angenommen und zu dem vorausgesetzt, dass die Kondensatoren
C1 und C2 eine unterschiedliche Kapazität aufweisen, führt dies
bei einer Betätigung
einer Aufweckquelle zu einem zumindest temporären Potentialunterschied zwischen
den Knoten d und e. Dieser temporäre Potentialunterschied führt die
beiden Komparatoren OP1 und OP2 in die jeweils entgegengesetzte
Sättigung,
demzufolge zur Versorgungsspannung V_Bat oder zur Masse. Dies bewirkt,
dass bei jeglichem Potenzialunterschied zwischen den Knoten d und
e, ob dieser positiv oder negativ ist, zumindest einer der Komparatoren
OP1 oder OP2 eine positive Ausgangsspannung im Sättigungsbereich der Spannung
V_Bat hat. Diese temporäre
Sättigungsausgangsspannung
eines der Komparatoren OP1 oder OP2 stellt den Aufweckimpuls für die Steuereinheit
ECU dar.
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4 beschreibt
eine andere mögliche
Variante einer Schaltungsanordnung zur Generierung eines Aufweckimpulses.
Die Wirkungsweise ist ähnlich wie
bei der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung der 1.
Einziger Unterschied ist, dass bei einer Zustandsänderung
an den Knoten a, b oder c direkt die Spannungen an C1 und C2 von
den Komparatoren gemessen werden und nicht wie in der Schaltungsanordnung
der 1 der Strom durch den Widerstand R8. Die Kapazitätswerte
der Kondensatoren C1 und C2 sind unterschiedlich und jeweils so
gewählt
das bei einem Zustandwechsel an einem der Eingänge der Steuereinheit ECU an
den Knoten d und e kurzzeitig ein Potentialunterschied anliegt.
Die Brücke
aus den Widerständen
R7 und R8 sowie den Kondensatoren C1 und C2 besitzt an den Knoten
d und e keinen beziehungsweise einen negativen Potentialunterschied,
wenn entweder kein Schalter betätigt
ist oder ein Schalter kleben bleibt. Während des Umladevorganges von
den Kondensatoren C1 und C2 wird nur ein Aufweckimpuls ausgelöst.
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Zur
Vermeidung des Einflusses von eventuellen Schmutznebenschlusswiderständen sollten auch
die Werte der Widerstände
R7 und R8 so gewählt
werden, dass bei klebendem Schalter S1 oder S2 die Brückenspannung
leicht negativ ist. Die Dioden D10 bis D13 arbeiten auch hier als
Gleichrichter und sorgen dafür,
dass stets bei einer Zustandsänderung
ein positiver Potentialunterschied an den Knoten d und e entsteht.
Auch hier muss wie in der Schaltungsanordnung 1 die Diodenschleusenspannung überwunden
werden. Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Impedanzen
der Widerstände R4,
R4.1, R5, R5.1, R6 und R6.1 sich in einer um den Faktor 10 höheren Größenordnung
bewegen als die Impedanzen der Aufweckquellen. Aus Gesichtspunkten
der elektromagnetischen Verträglichkeit
ist die gleiche Performance zu erwarten, wie die Schaltungsanordnung
der 1. Sollen lediglich steigende Flanken zur Generation
eines Aufweckimpulses genutzt werden, können die Dioden D10, D11, D12 und
D13 auch weggelassen werden.
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- ECU
- Elektrische
Steuereinheit
- μC
- Mikrocontroller
- input
a, input b, input c
- Eingang
des Mikrocontrollers
- Wup-input
- weckfähiger Eingang des
Mikrocontrollers
- output
- Ausgang
des Mikrocontrollers
- a,
b, c
- Eingang
der Aufweckschaltungsanordnung, Eingangsknoten
- f
- Ausgang
der Aufweckschaltungsanordnung
- d,
e
- Summationspunkt,
Knoten
- VCC
- Versorungsspannung
- V_Bat
- Batteriespannung
- V1
- Sensorspannung
- S
- elektrischer
Schalter, Transistor
- R1,
R2, R3, R4, R4.1, R5,
- Widerstand
- R5.1,
R6, R6.1, R7, R8, R9,
-
- R10,
R11, R12, RS1, RS1',
-
- RS2,
RS2'
-
- D1,
D2, D3, D4, D5, D6,
- Diode
- D7,
D8, D9, D10, D11, D12,
-
- D13,
D14, D15
-
- C1,
C2, C3, C4
- Kondensator,
Kapazität
- OP,
OP1, OP2
- Komparator,
Operationsverstärker
- S1,
S2
- Schalter