DE102005048801A1

DE102005048801A1 - Schaltungsanordnung zur Beschaltung eines Ports eines Microprozessors

Info

Publication number: DE102005048801A1
Application number: DE200510048801
Authority: DE
Inventors: Rainer Gengenbach
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2005-10-10
Filing date: 2005-10-10
Publication date: 2007-04-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Beschaltung eines Ports P eines Mikroprozessors µC. Die Schaltung besteht aus mindestens drei Transistoren T1, T2, T3, mehreren Widerständen R1...R8 sowie einer Diode D1, wobei ein Ausgang A der Schaltungsanordnung an eine Last RL geführt ist und der Port P des Mikroprozessors µC über einen ersten Widerstand R6 auf die Basis eines ersten Transistors T3 geführt ist. Der Emitter des ersten Transistors T3 ist über einen zweiten Widerstand R3 auf Masse gelegt, der Kollektor des ersten Transistors T3 ist auf die Basis des zweiten Transistors T1 und der Kollektor des dritten Transistors T2 auf den Emitter des ersten Transistors T3 geführt. Der Emitter des zweiten Transistors T1 ist über einen Spannungsteiler R1, R8 an die Versorgungsspannung U-Batt sowie an die Basis des dritten Transistors T2 geführt, wobei der dritte Transistor T2 mit seinem Emitter an der Versorgungsspannung U-Batt liegt und der Ausgang A der Schaltung über eine Diode D1 geschaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Beschaltung eines Ports eines Microprozessors.

Microprozessoren und deren Beschaltung sind hinlänglich bekannt. So ist beispielsweise aus EP 0 521 467 A1 ein Antriebssteuergerät zum Steuern eines Motors offenbart, wobei die Steuerung mittels eines Microcomputers erfolgt und ein Port des Microcomputers von einer externen Schaltung vor Überlast gesichert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Ports eines Microprozessors, Microcontrollers und/oder Microcomputers, insbesondere im Überlastfall, aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird anhand der Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der Unteransprüche, der weiteren Beschreibung sowie der beigefügten Figuren.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsvorrichtung ist der Port des Microprozessors, Microcontrollers oder Microcomputers über die erfindungsgemäße Schaltung, welche insbesondere zur Ansteuerung einer Last und zu deren Überwachung dient, verbunden. Im Weiteren wird bei der Beschreibung nur ein Microprozessor benannt, die Erfindung ist aber auch für andere elektronische Schaltungen und insbesondere für Microcontroller, Microcomputer, ASIC usw. verwendbar. Der Microprozessor aktiviert einen seiner Ports, indem er ein kurzes Highsignal aussendet. Dieses Highsignal führt dazu, dass die erfindungsgemäße Schaltung, welche an diesem Port liegt, in einen Zustand übergeht, in welchem eine definierte Spannung an eine an die Schaltung angeschlossene Last geführt wird. Die Schaltung ist derart konzipiert, dass diese definierte Spannung kontinuierlich und selbsttätig gehalten wird. Erfolgt jedoch über die Last ein Kurzschluss, d. h. wird eine Überlast produziert, so schaltet die Schaltung unverzüglich den Ausgang ab, am Port liegt keine Spannung mehr an. Auf diese einfache Weise ist es vorteilhaft gegeben, dass der Microprozessor seinen Port, an welchen die Schaltung angeschlossen ist, nur kurz ansteuern muss und anschließend den Eingang seines Ports hochohmig schalten kann. Im Normalfall wird dann ein Highsignal erkannt. Bei einem Kurzschluss nach Masse über die Last wird der Eingang ebenfalls auf Masse gezogen. Dies erkennt dann der Microprozessor an seinem Port als Fehler bzw. Spannungsabfall. Vorteilhaft durch die erfindungsgemäße Schaltung wird der Portbedarf des Microprozessors reduziert, da zum Ansteuern und Rücklesen derselbe Port verwendet werden kann. Die Schaltung hält sich im Normalfall selbst auf eine definierte Spannung, im Überlastfall schaltet sie sich selbst ab, d.h. reduziert die Spannung am Port des Microprozessors.

Im Weiteren wird die erfindungsgemäße Schaltung nunmehr anhand eines konkreten Ausführungsbeispieles gemäß 1 beschrieben. 1 zeigt eine konkrete Ausführungsformen der Schaltungsanordnung.
Die Schaltungsanordnung besteht aus einem Microcomputer μC. Es ist exemplarisch ein Port P des Microcomputers μC dargestellt. Dieser Port P ist beispielhaft an die erfindungsgemäße Schaltung angeschlossen. Die Schaltung besteht aus drei Transistoren T1, T2, T3 und ausführungsgemäß aus acht Widerständen R1 .... R8, zwei Kondensatoren C1, C2 und einer Diode D1. Über die Schaltung wird eine Last RL betrieben, bzw. versorgt.
Die Last RL ist über den Ausgang der Schaltung A, welche über die Diode D1 und den Kondensator C1 geführt ist, angeschlossen. Der Kondensator (C1) ist zum ESD Schutz vorgesehen.
Die Transistoren T1 und T2 sind in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung als pnp-Transistoren, der Transistor T3 als npn-Transistor ausgeführt.
Der Microcomputer μC aktiviert den Ausgang P seines Ports, indem er über den Port ein kurzes Highsignal auf die Basis des Transistors T3 schaltet. Der Microcomputer μC schaltet dann seinen Port P auf 5V. Dadurch steuert der Transistor T1 durch, da die Basis des Transistors T1 mit dem Kollektor des Transistors T3 über den Widerstand R4 verbunden ist, wobei die Basis des Transistors T1 über einen Spannungsteiler R5, R4 an den Kollektor von T3 angeschlossen ist. Durch das Durchsteuern des Transistors T1 wird der Ausgang A aktiviert, d. h. am Ausgang A liegt dann eine definierte Spannung. Die Betriebsspannung U-Batt auf 12 Volt gelegt.
Der Laststrom fließt über den Widerstand R1, den Transistor T1, die Diode D1 und die Last RL. Der Emitter des Transistors T1 ist über Widerstand R1 an die Versorgungsspannung U-Batt angeschlossen, der Transistor T2 ist mit seiner Basis über den Widerstand R8 an den Emitter des Transistors T1 geführt. Im Weiteren liegt der Emitter des Transistors T2 an der Betriebsspannung U-Batt, der Kollektor des Transistors T2 ist auf den Emitter von T3 gezogen, wobei diese über den Widerstand R3 auf Masse gelegt sind.
Wie aus 1 zu entnehmen, ist der Ausgang A der Schaltung über den Widerstand R2 auf die Basis des Transistors T3 über den Widerstand R6 und den Port P rückgekoppelt. Somit hält sich der Ausgang A selbst auf die vordefinierte Spannung. Im Fall einer Überlastung, d. h. wenn es zu einem Kurzschluss über die Last RL kommt, fällt am Widerstand R1 eine Spannung von grösser als 0,7 Volt ab, was den Transistor T2 zum Durchsteuern bringt. Dadurch wird das Emitterpotential von T3 über 4,3 Volt gezogen. Der Transistor T3 sperrt somit. Dies schaltet den Ausgang A unverzüglich ab.
Die Diode D1 kommt zum Einsatz, damit positive Störspitzen am Eingang A diesen nicht permanent anschalten. Der Kondensator C2 am Eingang des Ports P soll derartige Spitzen kurzschliessen.
Vorteilhaft ist an der Schaltung, dass der Microcomputer μC den Ausgang des Ports P nur kurz ansteuern muss, anschliessend erhält sich die Spannung am Ausgang A der Schaltung selbst auf den eingestellten Wert. Bei einem Kurzschluss nach Masse über die Last RL wird der Port P auf Masse gezogen. Dies kann dann der Microprozessor μC als Fehler erkennen. Durch die erfindungsgemäße Schaltung lässt sich der Bedarf an Ports reduzieren, da zum Ansteuern und zum Rücksetzen derselbe Port verwendet werden kann. Vorteilhaft bei der Schaltung ist insbesondere die Verwendung des Widerstands R3, der auf dem Emitter von T3 und dem Kollektor von T2 liegt und auf Masse geführt ist.
Durch den Einsatz von R3 liegt der Emitter von T3 auf 4,3V, bei einer Versorgungsspannung Ubatt von 12V, wobei diese bekannterweise zwischen 10 und 16V variieren kann, und wird dort auch gehalten, jedoch in Abhängigkeit von der Auslegung der Widerstände R2, R6 und R7. Somit muss die Ausgangsspannung nicht mehr bis Masse bzw. Ground gezogen werden, sondern lediglich bis 4,3 Volt. Dadurch schaltet der Ausgangsstrom bei einer Überlast ab und nicht erst bei einem Kurzschluss. Dadurch muss der Transistor T1 weniger Verlustleistung im Kurzschlussfall aufnehmen und kann somit kleiner dimensioniert werden, was zu einer Kosteneinsparung bei der Ausführung der Schaltung dient.
Im Weiteren ist vorteilhaft, dass im Überlastfall der Ports P die Basis von Transistor T3 auf Masse zieht, wobei die Strombegrenzung über den Transistor T2 das Emitterpotential des Transistors T3 in Richtung der Versorgungsspannung U-Batt zieht. Dieser gegenläufige Vorgang führt zu einem schnellen Abschalten im Überlastfall/Kurzschlussfall.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient die Schaltung, angeschlossen über einen Multiplexer, als Portexpander für einen Port eines Microprozessors.

Claims

Schaltungsanordnung zur Beschaltung eines Ports (P) eines Microprozessors (μC) bestehend aus mindestens drei Transistoren (T1, T2, T3), mehreren Widerständen (R1 .... R8) sowie einer Diode (D1), wobei ein Ausgang (A) der Schaltungsanordnung an eine Last (RL) geführt ist und der Port (P) des Microprozessors (μC) über einen ersten Widerstand (R6) auf die Basis eines ersten Transistors (T3) geführt ist, wobei der Emitter des ersten Transistors (T3) über einen zweiten Widerstand (R3) auf Masse gelegt ist, der Kollektor des ersten Transistors (T3) auf die Basis eines zweiten Transistors (T1) geführt ist, wobei der Emitter des zweiten Transistors (T1) über einen Spannungsteiler (R1, R8) an die Versorgungsspannung (U-Batt) sowie an die Basis des dritten Transistors (T2) geführt ist, wobei der dritte Transistor (T2) mit seinem Emitter an der Versorgungsspannung (U-Batt) liegt und der Ausgang (A) der Schaltung über eine Diode (D1) geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (T1) ein npn-Transistor, der zweite und dritte Transistor (T3, T2) jeweils ein pnp-Transistor ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Schaltungsanordnung ein ersten Kondensator (C1) zum ESD Schutz vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis des ersten Transistors (T3) mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T1) und der Diode (D1) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Microcomputer (μC) den Ausgang (A) der Schaltung aktiviert, indem er über den Port (P) ein kurzes Highsignal auf die Basis des ersten Transistors (T3) schaltet.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der zweite Transistor (T1) durchsteuert, wenn ein Highsignal am Port (P) ausgegeben wird, da die Basis des zweiten Transistors (T1) mit dem Kollektor des ersten Transistors (T3) über einen dritten Widerstand (R4) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Aktivierung des Ausgangs (A) der Schaltung der Strom der Last (RL) über einen vierten Widerstand (R1), den zweiten Transistor (T1) und die Diode (D1) fließt.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (A) der Schaltung über einen fünften Widerstand (R2) auf den Port (P) und über den ersten Widerstand (R6) auf die Basis des ersten Transistors (T3) rückgekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bei einer Überlastung am Ausgang (A) der Schaltung, insbesondere im Falle eines Kurzschlusses über die Last (RL) am vierten Widerstand (R1) eine Spannung von grösser als 0,7 Volt abfällt, wodurch der dritte Transistor (T2) durchsteuert und das Emitterpotential des ersten Transistors (T3) über bzw. auf einen Spannungswert zieht, der über dessen Basispotentioal liegt, wodurch der erste Transistor (T3) sperrt.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diode (D1) zur Unterdrückung positive Störspitzen dient, welche am Eingang (A) abliegen können.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein parallel zum Port (P) auf Masse geführter Kondensator (C2) angeordnet ist, der zur Unterdrückung von Spitzen dient.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung in Verbindung mit einem Multiplexer, als Portexpander für einen Port eines Microprozessor (μP) einsetzbar ist.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Microprozessor (μC) ein Microcontroller, Microcomputer oder ASIC ist.