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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose in einem mehrkanaligen Mikrocontroller gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Steuerung zur Ausführung dieses Verfahrens.
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Stand der Technik
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Leistungsfähige mehrkanalige Mikrocontroller bieten Peripheriefunktionen für die Erzeugung von Pulsweiten-Modulierten(PWM)-Signalen, die für die Steuerung verschiedenster Motoren oder Lampen genutzt werden.
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Ein Mikrocontroller in einer elektronischen Steuereinheit, auch unter Electronic Control Unit (ECU) bekannt, generiert beispielsweise bis zu 64 PWM-Anschlüsse(Ports), die jeweils durch einen entsprechenden Ausgangstreiber eine Last ansteuern. Der Ausgangszustand der Treiber soll mittels Analog/Digital(A/D)-Wandler diagnostizierbar gemacht werden. Dabei ist die Diagnose am besten in der Mitte der jeweiligen aktiven PWM-Phase, das heißt bei eingeschaltetem Treiber, durchzuführen. Die Ein- und Ausschaltflanken der PWM-Anschlüsse werden soweit als möglich auf verschiedene Zeitpunkte gesetzt, um die elektromagnetische Verträglichkeits-(EMV)-Emission der gesamten ECU so klein als möglich zu halten. Die PWM-Frequenzen können verschieden sein, jedoch sind sie in der Regel ein ganz- und geradzahliges Vielfaches der Grundfrequenz.
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Aktuell wird die Diagnose mittels A/D Wandler derart gesteuert, dass die PWM im aufsteigender Flanke ausgerichteten Modus (left edge aligned mode) erzeugt wird, wodurch ohne weitere Maßnahmen alle Einschaltflanken der PWM-Anschlüsse zum gleichen Zeitpunkt zu liegen kommen würden. Um dem abzuhelfen, wird hier generell eine Zeitverzögerung für jeden Kanal hinzugefügt. Der Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass die Diagnose mit A/D-Wandlern für jeden Kanal eigens zeitlich neu für jedes Puls-Pausenverhältnis programmiert werden muss. Damit kann es jedoch zu zeitlichen Kollisionen, das heißt zu einer Gleichzeitigkeit, bei den Diagnoseanforderungen kommen, die nur durch eine aufwendige Arbitration der Diagnoseanforderungen vermieden werden kann.
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Den steigenden Anforderungen in der Automobil- und Industrieelektronik entsprechend ist es ein ständiges Bestreben, eine verbesserte und vereinfachte Diagnosemethode anzugeben, damit eine Diagnose mit möglichst geringem zeitlichen Versatz auch bei sich veränderndem Puls-Pausenverhältnis ermöglicht wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Diagnose in einem mehrkanaligen Mikrocontroller bereitzustellen, das auf einfache Weise eine zeitlich fest positionierte Diagnose aller PWM-Kanäle ermöglicht und möglichst ohne aufwendige Arbitratrion der A/D-Wandlerdiagnoseanforderungen zu realisieren ist. Zudem soll die Diagnose aller Kanäle mit möglichst geringem zeitlichem Versatz auch bei sich veränderndem Puls-Pausenverhältnis durchgeführt werden können.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Diagnose in einem mehrkanaligen Mikrocontroller mit einer Pulsweitenmodulations-Steuereinheit, welche die Pulsweitenmodulation in einem zentriert ausgerichteten Modus ausführt, je einem einem Kanal zugeordneten Ausgangstreiber zur Ansteuerung einer dem jeweiligen Kanal zugeordneten Last abhängig von der jeweiligen Pulsweitenmodulationsphase und mit einem A/D-Wandlungssystem entsprechend des Patentanspruchs 1 und einer Steuerung für einen mehrkanaligen Mikrocontroller nach Anspruch 7 erreicht. In den abhängigen Ansprüchen sind jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Diagnose in einem mehrkanaligen Mikrocontroller mit einer Pulsweitenmodulations-Steuereinheit, welche die Pulsweitenmodulation in einem zentriert ausgerichteten Modus ausführt, je einem Kanal zugeordneten Ausgangstreiber zur Ansteuerung einer dem jeweiligen Kanal zugeordneten Last abhängig von der jeweiligen Pulsweitenmodulationsphase und mit einem A/D-Wandlungssystem bereitgestellt, bei dem die Diagnose für jeden Kanal in der Mitte der zentriert ausgerichteten Pulsweitenmodulationsphasen durch das A/D-Wandlungssystem durchgeführt wird.
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Der zentriert ausgerichtete Modus (centeraligned Modus) der Pulsweitenmodulationssteuereinheit sieht vor, dass die Mitte der aktiven Pulsweitenmodulationsphase aller Kanäle immer am selben Zeitpunkt liegt, beziehungsweise immer vom selben Zeitpunkt ausgeht. Dies ist der Zeitpunkt, an dem der entsprechende Timer den maximalen Wert erreicht und somit den Wendepunkt des Timers markiert. Er bildet damit auch die Mitte einer jeden aktiven Zeit eines Pulses bzw. Periode. Anders ausgedrückt befindet sich bei einem zentriert ausgerichteten Modus die aktive Zeit des Pulses (Duty-Time) genau in der Mitte der Periode.
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Die Diagnose durch das A/D-Wandlersystem erfolgt sequentiell für jeden Kanal mit geringem zeitlichen Versatz und ändert sich auch weder zeitlich noch in der Reihenfolge für jeden Kanal auch bei sich veränderndem Puls-Pausenverhältnis einer Pulsweitenmodulation. Die Diagnose kann innerhalb von beispielsweise 100 μs abgeschlossen werden und dauert somit kürzer als die minimale aktive Pulsweitenmodulationsphase von beispielsweise 200 μs bei einer 400 Hz-Pulsweitenmodulation oder 400 μs bei einer 200 Hz-Pulsweitenmodulation.
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Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem vorteilhafterweise eine fest positionierte Diagnose aller Pulsweitenmodulationskanäle realisiert werden kann und durch das eine Diagnose für alle Kanäle an diesem Zeitpunkt mit geringstem zeitlichen Versatz ermöglicht wird.
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Die Diagnose liegt immer zentral in der Mitte der aktiven Pulseitenmodulationsphase und kann daher insbesondere bei der Diagnose einer Lampenlast eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Tatsache, dass dadurch eine aufwendige Arbitrierung der A/D-Wandler-Diagnoseanforderungen vermieden wird. Ein Verzicht auf eine solche Arbitrierung war bisher nicht möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann eine Bausteinauswahl-Steuerung (Sense-Enable-Steuerung) der Ausgangstreiber vorgesehen werden. Auf diese Weise kann eine Einsparung von A/D-Wandlerkanälen des A/D-Wandlersystems erfolgen.
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Gruppierung der Pulseitenmodulation mit mehreren Kanälen, wie zum Beispiel mit 8 Kanälen, vorgesehen werden, die mit einem zeitlichen Versatz (Offset) versehen werden können. Auf diese Weise können zeitgleiche Schaltflanken vorteilhafterweise entzerrt werden. Gleichermaßen können damit auch die Diagnoseanforderungen weiter entzerrt werden.
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Gleichermaßen bevorzugt kann dabei bei einem innerhalb einer Pulsweitenmodulationsgruppierung für zwei Kanäle vorgesehenen gleichen Puls-Pausenverhältnis eine systematisch programmierte geringe Puls-Pausenabweichung eingeführt werden. Dadurch können bei einer Lampenlast, deren jeweilige Abweichung in der Helligkeit nicht erkennbar sind, zeitgleiche Ein-/Ausflanken zuverlässig vermieden werden. Eine minimierte EMV-Abstrahlung kann damit erreicht werden.
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In einer Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Ausgangstreiber mit einem oder mehreren Lampentreibern gekoppelt sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann der oder die Lampentreiber einen LED-Treiber umfassen.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Steuerung eines mehrkanaligen Mikrocontrollers mit einer Pulsweitenmodulations-Steuereinheit, welche die Pulsweitenmodulation in einem zentriert ausgerichteten Modus ausführt, je einen einem Kanal zugeordneten Ausgangstreiber zur Ansteuerung einer dem jeweiligen Kanal zugeordneten Last abhängig von der jeweiligen Pulsweitenmodulationsphase und einem A/D-Wandlungssystem, wobei Mittel vorgesehen sind zur Steuerung der Steuerung der Diagnose durch das A/D-Wandlungssystem derart, dass die Diagnose in der Mitte der zentriert ausgerichteten Pulsweitenmodulationsphasen erfolgt.
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Wie vorstehend ausgeführt ist gerade bei mehrkanaligen Mikrocontrollern mit PWM-Signalerzeugung wie sie beispielsweise bei der Steuerung von Motoren oder Lampen in der Automobilindustrie verwendet werden, ein effizienter und möglichst Ressourcen schonender Aufbau der Systeme gefordert. Daher soll eine aufwendige Arbitrierung der A/D-Wandlerdiagnoseanforderungen möglichst vermieden werden, ohne dass eine erhöhte EMV-Abstrahlung oder andere Nachteile entstehen. Dies kann mit der erfindungsgemäßen Steuerung auf einfache Weise ermöglicht werden, in dem zur Diagnose des Mikrocontrollers eine PWM-Steuereinheit in der Art verwendet wird, dass sie die Pulsweitenmodulation in einem zentriert ausgerichteten Modus (centeraligned modus) ausführt und gleichzeitig die Diagnose durch das A/D-Wandlersystem in der Mitte der zentriert ausgerichteten Pulsweitenmodulationsphasen durchgeführt wird.
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Wie vorstehend bereits angeführt, sieht der zentriert ausgerichtete Modus (centeraligned Modus) der Pulsweitenmodulationssteuereinheit vor, dass die Mitte der aktiven Pulsweitenmodulationsphase aller Kanäle immer am selben Zeitpunkt liegt, beziehungsweise immer vom selben Zeitpunkt ausgeht. Dies ist der Zeitpunkt, an dem der entsprechende Timer den maximalen Wert erreicht und somit den Wendepunkt des Timers markiert. Er bildet damit auch die Mitte einer jeden aktiven Zeit eines Pulses bzw. Periode. Anders ausgedrückt befindet sich bei einem zentriert ausgerichteten Modus die aktive Zeit des Pulses (Duty-Time) genau in der Mitte der Periode.
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Die Diagnose durch das A/D-Wandlersystem erfolgt sequentiell für jeden Kanal mit geringem zeitlichen Versatz und ändert sich auch weder zeitlich noch in der Reihenfolge für jeden Kanal auch bei sich veränderndem Puls-Pausenverhältnis einer Pulsweitenmodulation.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerung kann eine Bausteinauswahl-Steuerung (Sense-Enable-Steuerung) der Ausgangstreiber vorgesehen sein.
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In einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerung kann sie eine systematische Programmierung zur Generierung einer geringen Puls-Pausenabweichung bei einem innerhalb einer Pulsweitenmodulationsgruppierung für zwei Kanäle vorgesehenen gleichen Puls-Pausenverhältnis aufweisen. Dadurch können bei einer Lampenlast, deren jeweilige Abweichung in der Helligkeit nicht erkennbar sind, zeitgleiche Ein-/Ausflanken zuverlässig vermieden werden. Eine minimierte EMV-Abstrahlung kann somit erreicht werden.
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Die Erfindung betrifft zudem einen Mikrocontroller, welcher zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist.
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Der Mikrocontroller kann zur Erzeugung von PWM-Signalen verwendet werden, die bevorzugt für die Steuerung von Motoren oder Lampen eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der Zeichnung erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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In dieser zeigt:
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1 ein Diagramm der PWM-Phasen und deren Diagnose von acht PWM-Kanälen zur Steuerung von Automotive-Beleuchtungssystemen gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 verdeutlicht die zeitliche Abfolge von 6 PWM-Kanälen sowie deren Diagnose mit A/D-Wandlungszeitpunkten gemäß der vorliegenden Erfindung. In dem Diagramm ist der Zählerstand (timer-count) gegen die Zeit t aufgetragen. Für die verschiedenen Kanäle (1...8) einer PWM-Gruppierung sind die PWM-Phasen mit den jeweils aktiven PWM-Phasenzeiten eingetragen. Hierbei weisen vorliegend Kanal 1 und Kanal 3 jeweils die gleichen Puls-Pausenverhältnisse auf, was beispielsweise durch eine systematische Softwareprogrammierung minimal verschoben werden kann, um zeitgleiche Ein-/Ausflanken zu vermeiden. Die PWM-Signale sind zentriert ausgerichtet (centeraligned), so dass die Mitten der aktiven Phasen aller Kanäle am selben Zeitpunkt (tMitte) liegen. Dieser Zeitpunkt ist auch der obere Wendepunkt der Zählerstand (timer-count) Position (tc), die vorliegend gestrichelt eingezeichnet ist. Die Beziehung der Zählerstand (timer-count) Position zu den programmierten Vergleichswerten (CC-Wert) der einzelnen Kanäle sind ebenfalls angedeutet. Die Diagnose durch das A/D-Wandlersystem erfolgt sequentiell für jeden Kanal mit geringem zeitlichen Versatz und ändert sich auch weder zeitlich noch in der Reihenfolge für jeden Kanal. Die Diagnose kann innerhalb von beispielsweise 100 μs abgeschlossen werden und dauert somit kürzer als die minimale aktive Pulsweitenmodulationsphase von beispielsweise 200 μs bei einer 400 Hz-Pulsweitenmodulation oder 400 μs bei einer 200 Hz-Pulsweitenmodulation.
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2 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Steuerung eines Mikrocontrollers (nicht dargestellt) umfassend eine Pulsweitenmodulations-Steuereinheit 11, welche die Pulsweitenmodulation in einem zentriert ausgerichteten Modus ausführt, je einen einem Kanal zugeordneten Ausgangstreiber zur Ansteuerung einer dem jeweiligen Kanal zugeordneten Ausgangstreiber zur Ansteuerung einer dem jeweiligen Kanal zugeordneten Last abhängig von der jeweiligen Pulsweitenmodulationsphase und ein A/D-Wandlungssystem 12. Erfindungsgemäß sind Mittel 13 vorgesehen zur Steuerung der Diagnose durch das A/D-Wandlungssystem 12 derart, dass die Diagnose in der Mitte der zentriert ausgerichteten Pulsweitenmodulationsphasen erfolgt.
