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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Schnittstellenschaltung für eine Kommunikation mit einem Kommunikationspartner, wie sie beispielsweise verwendet werden kann, um verschiedene elektronische Baugruppen oder Komponenten miteinander zu verbinden. Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Kommunikationssystem, ein Verfahren zum Freigeben eines Ausgangstreibers einer Schnittstellenschaltung und ein Verfahren zum Freigeben eines Ausgangsbetriebs einer Schnittstelle.
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Ein elektronisches System umfasst häufig mehrere Baugruppen, Untereinheiten oder Komponenten, die miteinander kommunizieren müssen, damit das elektronische System seine bestimmungsgemäße Aufgabe erfüllen kann. Vor allem wenn es sich bei den zu verbindenden Baugruppen um digitale Schaltungen handelt, können zum Beispiel Bussysteme verwendet werden. Ein Beispiel für ein derartiges Bussystem ist das so genannte „Serial Peripheral Interface” (SPI), welches von Motorola entwickelt wurde. SPI nutzt einen synchronen seriellen Datenbus, mit dem digitale Schaltungen nach dem Master-Slave-Prinzip miteinander verbunden werden können. Ein ähnliches Bus-System existiert von National Semiconductor und nennt sich „Microwire”. Viele Mikrokontroller erlauben eine In-System-Programmierung (kurz ISP) über den SPI-Bus oder die Microwire-Schnittstelle. Man beachte, dass der SPI-Standard und die Microwire-Schnittstelle lediglich als Beispiele zu verstehen sind und dass die hierin offenbarten technischen Lehren auch im Zusammenhang mit anderen Schnittstellen Anwendung finden kann.
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Wenn zwei Kommunikationseinrichtungen über eine elektrische Verbindung zwecks Kommunikation (zum Beispiel zum Übermitteln von Daten (Datenkommunikation), von Steuersignalen (Signalkommunikation bzw. Steuerungskommunikation), Speicheradressen (Adresskommunikation), digitalen Signalen, analogen Signalen, etc.) miteinander verbunden werden, so bilden zumindest die unmittelbar an die elektrische Verbindung angeschlossenen Bauteile einen elektrischen Schaltkreis. Die in diesem gemeinsamen Schaltkreis vorherrschenden elektrischen Ströme und Spannungen werden demnach unter Umständen von beiden Kommunikationseinrichtungen beeinflusst. Insbesondere wenn eine der Kommunikationseinrichtungen spannungslos ist oder einen Defekt aufweist, kann es zu nicht gewünschten Schaltkreiszuständen kommen, die unter Umständen eine der Kommunikationseinrichtungen oder die elektrische Verbindung zwischen den Kommunikationseinrichtungen beschädigen können. Es kommt gelegentlich auch vor, dass manche Baugruppen oder Untereinheiten einer elektronischen Schaltung gezielt zeitweilig spannungslos geschaltet werden, um den Energieverbrauch zu reduzieren.
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Das
US Patent Nr. 5,761,463 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Fähigkeit einer seriellen Schnittstelle, die detektiert, ob ein anderes Kommunikationssystem Daten auf einem bestimmten Knoten sendet oder empfängt, und die automatisch zwischen einem Sendebetrieb und einem Empfängerbetrieb bezüglich dieses Knotens auswählt. Eine Schnittstellenschaltung ist enthalten, die feststellt, ob ein bestimmter Knoten an einen Empfängerschaltkreis oder an einen Senderschaltkreis gekoppelt ist, basierend auf einem an diesem Knoten detektierten Spannungspegel. Dies erlaubt es der Schnittstellenschaltung mit unterschiedlich konfigurierten Kommunikationssystemen zu kommunizieren, ohne das spezielle Kabel oder ein Eingreifen eines Benutzers erforderlich wären.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2008 035 103 A1 beschreibt eine Schnittstellenüberwachungsvorrichtung, ein Computersystem und eine Verfahren zum Überwachen eines differenziellen Schnittstellenanschlusses. Ein derartiger differenzieller Schnittstellenanschluss hat eine positive und eine negative Datenleitung zum Anschluss eines Peripheriegeräts. Die Schnittstellenüberwachungsvorrichtung umfasst eine Überwachungsschaltung und eine Deaktivierungsschaltung, wobei die Überwachungsschaltung dazu eingerichtet ist, wenigstens einen vom Signalpegel der positiven und/oder negativen Datenleitung abhängigen Signalpegel zu überwachen und die Deaktivierungsschaltung dazu eingerichtet ist, einen Datenverkehr über die positive und/oder negative Datenleitung des wenigstens einen Schnittstellenanschlusses dauerhaft zu unterbinden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schnittstellenschaltung im Hinblick auf ungewöhnliche, ungewollte und/oder sogar schädliche Schaltkreis-zustände zu schützen, wobei die ungewöhnlichen, ungewollten und/oder schädlichen Schaltkreiszustände ihre Ursache außerhalb der Schnittstellenschaltung haben können. Eine alternative oder zusätzliche Aufgabe betrifft die Bereitstellung einer Diagnosemöglichkeit, die auch dann ein Diagnöseergebnis liefert, wenn die Verbindung (z. B. ein Datenbus) defekt ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schnittstellenschaltung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 13, ein Kommunikationssystem gemäß Anspruch 15 und ein Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 25.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Schnittstellenschaltung mit Möglichkeit zur Durchführung einer Vorprüfung einer angeschlossenen Schnittstellenleitung und/oder eines Kommunikationspartners im Hinblick auf deren elektrische Eigenschaften. Die Schnittstellenschaltung umfasst einen Schnittstellenanschluss, eine Testsignalerfassungseinrichtung, einen Ausgangstreiber, eine Standardpegelerzeugung und eine Freigabelogik. Der Schnittstellenanschluss ist konfiguriert, um für eine Kommunikation mit einem Kommunikationspartner an eine Schnittstellenleitung angeschlossen zu werden. Die Testsignalerfassungseinrichtung ist konfiguriert, um ein an dem Schnittstellenanschluss anliegendes Testsignal zu erfassen, wobei bestimmte Werte des anliegenden Testsignals auf einen möglichen ungewöhnlichen, ungewollten und/oder schädlichen Schaltkreiszustand der Schnittstellenleitung oder innerhalb des Kommunikationspartners hinweisen. Der Ausgangstreiber ist konfiguriert, um für die Zwecke der Kommunikation ein Ausgangssignal an den Schnittstellenanschluss anzulegen. Die Standardpegelerzeugung ist konfiguriert, um einen Standardpegel an dem Schnittstellenanschluss zu halten, wenn an diesem kein aktives Signal anliegt. Die Freigabelogik ist konfiguriert, um auf der Grundlage eines von der Testsignalerfassungseinrichtung ausgegebenen Auswertesignals ein Freigabesignal für den Ausgangstreiber zu generieren, wobei das Freigabesignal eine Freigabe des Ausgangstreibers bewirkt, wenn aus dem Vergleichssignal hervorgeht, dass das an dem Schnittstellenanschluss anliegende Testsignal einer gegebenen Bedingung genügt. Diese gegebene Bedingung bedeutet, dass weder auf der Schnittstellenleitung noch innerhalb der Schnittstelle oder innerhalb des Kommunikationspartners ein ungewöhnlicher, ungewollter und/oder schädlicher Schaltkreiszustand vorliegt
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Gemäß der offenbarten technischen Lehre kann mittels dem an dem Schnittstellenanschluss anliegenden Testsignal (z. B. Spannung) festgestellt werden, ob ein von der Schnittstellenleitung und den Kommunikationspartner gebildeter Teil des Schaltkreises in einer für die Kommunikation geeigneten Weise konfiguriert ist. In diesem Fall erfüllt das an dem Schnittstellenanschluss anliegende Testsignal die erwähnte gegebene Bedingung. Um die Funktion der Testsignalerfassungseinrichtung zu gewährleisten, genügt ein relativ schwaches Signal, das die Schnittstellenschaltung nur wenig belastet. Nichtsdestotrotz bewirkt dieses schwache Signal, welches auch als Testsignal angesehen werden kann, eine ähnliche Wirkung wie ein aktives Signal, das von der Schnittstelle für die Zwecke der Kommunikation erzeugt wird. Insbesondere bewirkt dieses schwache Signal im Falle einer Fehlkonfiguration der Schnittstellenleitung und/oder des Kommunikationspartners eine ähnliche Reaktion des an dem Schnittstellenanschluss anliegenden Testsignals (z. B. Spannung), wie das aktive Signal. Das schwache Testsignal kann auf vielfältige Weise erzeugt werden, von denen einige weiter unten beschrieben werden. Die Schnittstellenschaltung gemäß der offenbarten technischen Lehre ermöglicht somit die Durchführung einer Vorprüfung der Schnittstellenleitung und/oder des Kommunikationspartners im Hinblick auf deren elektrischen Eigenschaften.
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Weitere Ausführungsbeispiele der offenbarten technischen Lehre schaffen eine Schnittstellenschaltung mit Möglichkeit zur Durchführung einer Vorprüfung einer angeschlossenen Schnittstellenleitung und/oder eines Kommunikationspartners im Hinblick auf deren elektrische Eigenschaften. Die Schnittstellenschaltung umfasst einen Schnittstellenanschluss, eine Standardpegelerzeugungsschaltung, eine Überprüfungsschaltung und eine Freigabeschaltung. Der Schnittstellenanschluss ist konfiguriert, um an eine Schnittstellenleitung angeschlossen zu werden für eine Kommunikation mit einem Kommunikationspartner. Die Standardpegelerzeugungsschaltung ist konfiguriert, um für die Vorprüfung einen Standardpegel an dem Schnittstellenanschluss zu halten, wenn an diesem kein aktives Signal anliegt. Die Überprüfungsschaltung ist konfiguriert, um zu prüfen, ob ein aktueller Pegel an dem Schnittstellenanschluss innerhalb eines Toleranzbereichs bezüglich des Standardpegels liegt und ein entsprechendes Prüfergebnis auszugeben, wobei bestimmte Pegelwerte auf einen möglichen ungewöhnlichen, ungewollten und/oder schädlichen Schaltkreiszustand auf der Schnittstellenleitung (80) oder innerhalb des Kommunikationspartners hinweisen. Die Freigabeschaltung ist konfiguriert, um das Prüfergebnis zu empfangen und einen Ausgangsbetrieb der Schnittstelle freizugeben, wenn der aktuelle Pegel innerhalb des Toleranzbereichs liegt und die Schnittstellenschaltung kein aktives Signal an den Schnittstellenanschluss anlegt, was bedeutet, dass weder auf der Schnittstellenleitung (80) noch innerhalb der Schnittstelle (50) oder innerhalb des Kommunikationspartners (56) ein ungewollter Schaltkreiszustand vorliegt.
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Weitere Ausführungsbeispiele der offenbarten technischen Lehre schaffen ein Kommunikationssystem, das eine erste Kommunikationseinrichtung, eine zweite Kommunikationseinrichtung und eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Kommunikationseinrichtung und der zweiten Kommunikationseinrichtung umfasst. Zumindest die erste Kommunikationseinrichtung umfasst eine Schnittstellenschaltung wie vorhergehend beschrieben und ist konfiguriert, um eine elektrische Eigenschaft einer Schaltung, die die elektrische Verbindung und die zweite Kommunikationseinrichtung umfasst, durch Anlegen eines schwachen Signalpegels an die elektrische Verbindung und durch Auswerten einer sich an bzw. auf der elektrischen Verbindungen ergebenden Spannung zu bestimmen. Die erste Kommunikationseinrichtung ist weiterhin konfiguriert, um eine Kommunikation von der ersten Kommunikationseinrichtung zu der zweiten Kommunikationseinrichtung freizugeben, wenn die sich an bzw. auf der elektrischen Verbindung ergebende Spannung einer gegebenen Bedingung genügt.
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Weitere Ausführungsbeispiele der offenbarten technischen Lehre schaffen ein Verfahren zum Freigeben eines Ausgangstreibers einer Schnittstellenschaltung, und zwar mittels Durchführung einer Vorprüfung einer angeschlossenen Schnittstellenleitung und/oder eines Kommunikationspartners im Hinblick auf deren elektrische Eigenschaften. Das Verfahren umfasst das Auswerten einer an einem Schnittstellenanschluss anliegenden Spannung und das Erzeugen eines entsprechenden Auswertesignals. Der Schnittstellenanschluss bildet eine Verbindung zu einer Schnittstellendatenleitung für eine Kommunikation mit einem Kommunikationspartner der Schnittstellenschaltung. Dabei weisen bestimmte Spannungswerte der anliegenden Spannung auf einen möglichen ungewöhnlichen, ungewollten und/oder schädlichen Schaltkreiszustand auf der Schnittstellenleitung oder innerhalb des Kommunikationspartners hin. Das Verfahren umfasst auch ein Prüfen, ob das Auswertesignal signalisiert, dass die an dem Schnittstellenanschluss anliegende Spannung einer gegebenen Bedingung genügt, die bedeutet, dass weder auf der Schnittstellenleitung noch innerhalb der Schnittstelle oder innerhalb des Kommunikationspartners ein ungewollter Schaltkreiszustand vorliegt. Gemäß dem Verfahren wird ein Freigabesignal für den Ausgangstreiber der Schnittstellenschaltung erzeugt, wenn das Prüfen ergeben hat, dass die an dem Schnittstellenanschluss anliegende Spannung der gegebenen Bedingung genügt.
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Weitere Ausführungsbeispiele der offenbarten technischen Lehre schaffen ein Verfahren zum Freigeben eines Ausgangsbetriebs einer Schnittstelle. Die Schnittstelle umfasst einen Schnittstellenanschluss, der konfiguriert ist, um an eine Schnittstellenleitung angeschlossen zu werden für eine Kommunikation mit einem Kommunikationspartner. Das Verfahren zum Freigeben des Ausgangsbetriebs umfasst die Durchführung einer Vorprüfung der angeschlossenen Schnittstellenleitung und/oder des Kommunikationspartners mit folgenden Schritten. Die Vorprüfung umfasst ihrerseits ein Halten eines Standardpegels an dem Schnittstellenanschluss, wenn an diesem kein aktives Signal anliegt, und ein Prüfen, ob ein aktueller Pegel an dem Schnittstellenanschluss innerhalb eines Toleranzbereichs bezüglich des Standardpegels liegt, wobei bestimmte Pegelwerte auf einen möglichen ungewöhnlichen, ungewollten und/oder schädlichen Schaltkreiszustand auf der Schnittstellenleitung oder innerhalb des Kommunikationspartners hinweisen. Weiterhin umfasst das Verfahren ein Erzeugen eines entsprechenden Prüfergebnisses und ein Freigeben des Ausgangsbetriebs der Schnittstelle, wenn der aktuelle Pegel innerhalb des Toleranzbereichs liegt und die Schnittstellenschaltung kein aktives Signal an dem Schnittstellenanschluss anlegt, was bedeutet, dass weder auf der Schnittstellenleitung noch innerhalb der Schnittstelle (50) oder innerhalb des Kommunikationspartners (56) ein ungewollter Schaltkreiszustand vorliegt.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
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1 einen schematischen Schaltplan von zwei Kommunikationseinrichtungen und einer Verbindung ohne besondere Vorkehrungen zur Prüfung der Verbindung;
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2 einen schematischen Schaltplan ähnlich wie 1, wobei jedoch in einer der beiden Kommunikationseinrichtungen ein ungewollter Schaltungszustand vorliegt;
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3 einen schematischen Schaltplan einer ersten Kommunikationseinrichtung, einer zweiten Kommunikationseinrichtung und einer Verbindung, wobei die erste Kommunikationseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der offenbarten technischen Lehre ausgeführt ist;
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4 ein schematisches Blockschaltbild einer Schnittstellenschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der offenbarten technischen Lehren;
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5 eine schematische Darstellung von Spannungsbereichen zur Veranschaulichung einer Freigabebedingung für einen Ausgangstreiber der Schnittstellenschaltung gemäß Ausführungsbeispielen der offenbarten technischen Lehre;
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6 ein schematisches Blockschaltbild einer Schnittstellenschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der offenbarten technischen Lehre;
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7 ein schematisches Blockschaltbild einer Schnittstellenschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der offenbarten technischen Lehre;
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8 ein schematisches Blockschaltbild einer Schnittstellenschaltung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der offenbarten technischen Lehre;
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9 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der offenbarten technischen Lehre; und
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10 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der offenbarten technischen Lehre.
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Bevor im Folgenden Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Figuren erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder Elemente gleicher Funktion mit denselben Bezugszeichen oder mit ähnlichen Bezugszeichen versehen sind und dass auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Beschreibungen von Elementen mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen sind daher untereinander austauschbar. Des Weiteren können optionale Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar oder zueinander austauschbar sein.
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Die 1 und 2 stellen schematisch eine Kommunikation zwischen zwei Schnittstellen 50 und 100 als Schaltbild dar. Dabei zeigt 1 einen Normalbetrieb und 2 einen Fehlerbetrieb. Die Schnittstelle 100 ist als Ausgangsschnittstelle konfiguriert und dient somit dazu, Daten an die Schnittstelle 50 zu übertragen, welche als Eingangsschnittstelle konfiguriert ist. Es wird somit eine unidirektionale Kommunikation von der Schnittstelle 100 zur Schnittstelle 50 durchgeführt. Prinzipiell wäre es jedoch auch denkbar, dass beide Schnittstellen 50, 100 sowohl für einen Eingangs- als auch einen Ausgangsbetrieb konfiguriert werden können und die dazu erforderlichen Komponenten aufweisen. Zugunsten einer vereinfachten Darstellung wird eine unidirektionale Kommunikation gezeigt, da dies für die Zwecke der Erläuterung der hierin offenbarten technischen Lehre ausreichend ist.
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Die Schnittstelle 100 ist eingangsseitig mit einem nicht näher spezifizierten Netzwerk 110 verbunden und ein von dem Netzwerk 110 bereitgestelltes Signal wird einem Eingang eines Ausgangstreibers 120 zugeführt. Der Ausgangstreiber 120 ist an eine Versorgungsspannung VBat und an ein Massepotential GND angeschlossen. Der Ausgangstreiber 120 wandelt das von dem Netzwerk 110 kommende Signal in ein Ausgangssignal um, das für eine Übertragung zu der zweiten Schnittstelle 50 geeignet ist. Der Ausgangstreiber 120 kann beispielsweise ein Verstärker, ein Impedanzwandler oder ein Spannungsfolger sein. Der Ausgangstreiber 120 ist ausgangsseitig mit einem Schnittstellenanschluss 130 verbunden, der in 1 mit „SPI out” bezeichnet ist und somit zur Kommunikation mit anderen SPI-kompatiblen Schnittstellen ausgelegt ist. Wie oben erwähnt, dient der Standard SPI lediglich als Beispiel, so dass an dieser Stelle auch andere Standards oder auch proprietäre Schnittstellenspezifikationen zum Einsatz kommen können.
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Der Schnittstellenanschluss 130 ist über eine elektrische Verbindung 80 mit einem Schnittstellenanschluss 52 der Schnittstellenschaltung 50 verbunden. Der Schnittstellenanschluss 52 ist in 1 mit „SPI in” bezeichnet. Innerhalb der Schnittstellenschaltung 50 ist der Schnittstellenanschluss 52 mit einem Eingang eines Puffers 54 verbunden, der konfiguriert ist, um das auf der elektrischen Verbindung 80 übertragene Signal für eine weitere Verarbeitung innerhalb der Schnittstellenschaltung 50 oder einer daran angeschlossenen Schaltung aufzubereiten, beispielsweise zu verstärken. Das auf diese Weise aufbereitete Signal wird von einem Ausgang des Puffers bzw. Eingangspuffers 54 an ein nicht weiter spezifiziertes Netzwerk 56 übergeben. Der Eingangspuffer 54 ist mit einer Versorgungsspannung VBat und einem Massepotential GND verbunden. Die Massepotentiale der Schnittstellen 50 und 100 sind meist elektrisch miteinander verbunden, um ein gemeinsames Bezugspotential für das auf der elektrischen Verbindung 80 übertragene Signal bereitzustellen. Die Versorgungsspannung VBat der Schnittstellenschaltung 50 kann, muss aber nicht, dieselbe sein, wie die Versorgungsspannung VBat der Schnittstellenschaltung 100.
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In dem in 1 dargestellten Normalbetrieb befindet sich die elektrische Verbindung 80 typischerweise auf einem elektrischen Potential, das zwischen dem Massepotential GND und dem Versorgungspotential VBat ist. Zum Schutz von Bauelementen der Schnittstellenschaltung 100, z. B. des Ausgangstreibers 120, vor elektrostatischer Entladung, die z. B. über den Schnittstellenanschluss 130 in die Schnittstellenschaltung 100 gelangen könnte, weist die Schnittstellenschaltung 100 Schutzvorrichtungen 162 auf. Bei der in 1 gezeigten Schnittstellenschaltung 100 dienen in Sperrrichtung geschaltete Dioden 162 als Schutzvorrichtungen gegen elektrostatische Entladung. Die Dioden 162 zeichnen sich in der Regel durch eine schnelle Ansprechzeit aus, um den schnellen Anstiegszeiten typischer elektrostatischer Entladungen gerecht zu werden. Die Schnittstellenschaltung 50 umfasst ebenfalls in Sperrrichtung geschaltete Dioden 62 als Schutzvorrichtungen gegen elektrostatische Entladung. Während eines regulären Betriebs der Schnittstellenschaltung 50, 100 sind die Dioden 62, 162 nicht leitend. Liegt jedoch an der elektrischen Verbindung 80 aufgrund einer elektrostatischen Entladung ein Potential an, das um mehr als die Durchlassspannung einer der Dioden 62 oder 162 außerhalb des von dem Versorgungspotential VBat und dem Massepotential GND begrenzten Bereichs liegt, so entlädt sich dieses Potential entweder über eine oder beide mit dem Versorgungspotential VBat verbundene Dioden 62, 162, oder über eine oder beide mit dem Massepotential GND verbundene Dioden 62, 162.
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2 zeigt die Anordnung von 1, wobei jedoch die Schnittstellenschaltung 50 nicht mehr mit der Versorgungsspannung VBat verbunden ist, was entweder durch absichtliches Unterbrechen der Spannungsversorgung der Schnittstellenschaltung 50 verursacht sein kann oder durch einen unbeabsichtigten Defekt. Versucht nun der Ausgangstreiber 120 der Schnittstellenschaltung 100 die elektrische Verbindung 80 annähernd auf das Versorgungspotential VBat zu ziehen, so kann innerhalb der Schnittstellenschaltung 50 die obere Schutzdiode 62 leitend werden, da der Eingangspuffer 54 und/oder das Netzwerk 56 aufgrund des fehlenden Versorgungspotentials niederohmige Verbindungen zum Massepotential GND aufweisen können. Somit kann es über den Ausgangstreiber 120, die Schnittstellenanschlüsse 130 und 52, die elektrische Verbindung 80, die obere Schutzdiode 62 und beispielsweise den Eingangspuffer 54 zu einer niederohmigen Verbindung zwischen dem Versorgungspotential VBat der Schnittstellenschaltung 100 und dem Massepotential GND der Schnittstellenschaltung 50 kommen. Auf einem in dieser Weise gebildeten Leitungspfad oder Strompfad kann ein relativ hoher Strom fließen, der den Ausgangstreiber 120 und/oder den Eingangspuffer 54 der Schnittstellenschaltungen 100 bzw. 50 beschädigen kann.
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Falls somit eine angeschlossene SPI Slave-Vorrichtung zu der die Schnittstellenschaltung 50 gehört, von der Spannungsversorgung getrennt wird und eine SPI-Kommunikation zwischen einer die Schnittstellenschaltung 100 umfassenden Vorrichtung und der angeschlossenen SPI Slave-Vorrichtung gestartet wird, treibt die digitale SPI-Ausgangsleitung der Schnittstelle 100 aktiv eine nicht-spannungsversorgte Vorrichtung. Über den integrierten ESD-Schutzschaltkreis führt die Schnittstellenschaltung 50 ihrem Versorgungsanschluss Strom zu (unbeabsichtigte Versorgung der Schnittstellenschaltung 50 und gegebenenfalls weiteren Teilen des verbundenen Kommunikationspartners). Da über den Versorgungsanschluss der Schnittstellenschaltung 50 und des Netzwerks 56 eine relativ große Leistungsaufnahme erfolgen kann, führt dies zu einem relativ großen Stromfluss über den Ausgangstreiber 120 und die elektrische Verbindung 80.
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Die Ausgangsstromspitze der Schnittstelle 100 kann den spezifizierten, absoluten Maximalnennwert überschreiten, da diese unter Umständen nicht ausgelegt ist, um einen Schutz gegen einen Kurzschluss zu Masseleitungen auf Kommunikationsschnittstellen zu bieten. Im Resultat kann es zu einer Beschädigung der Komponente (insbesondere auf Seiten der Schnittstelle 100) oder einem unzulässigen Spannungsabfall bei der Versorgungsspannung kommen. Mögliche zugrunde liegende Ursachen können Anwendungsfehler (z. B. ein Fehlen bzw. Übergehen einer Komponente beim Einschalten (englisch „Power up component missing”) oder eine unterbrochene Versorgungsspannungsverbindung bei einer Komponente, zu der die Schnittstelle 50 gehört, sein. Somit zeigt 2 einen Konfliktzustand, in welchem die Komponente auf Seiten der Schnittstelle 50 von der Spannungsversorgung getrennt ist.
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3 zeigt einen schematischen Schaltplan einer Schnittstellenverbindung zwischen der bereits aus den 1 und 2 bekannten Schnittstelle 50 als Eingangsschnittstelle und einer Schnittstelle 300 gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel der offenbarten technischen Lehren als Ausgangsschnittstelle. Die Schnittstelle 300 umfasst einen Pull-Up-Widerstand 142, einen Schalter 143 und eine Spannungserfassungseinrichtung 144.
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Eine den Pull-Up-Widerstand 142 und den Schalter 143 umfassende Reihenschaltung verbindet den Schnittstellenanschluss 130 elektrisch mit einem ersten elektrischen Potential, in diesem Fall mit dem Versorgungspotential VBat. Der Schalter 143 wird über ein Prüfungsaktivierungssignal gesteuert, das den Widerstand 142 zum Beispiel dann aktiviert, bevor die Kommunikation von der Schnittstelle 300 zur empfängerseitigen Schnittstelle 50 aufgenommen wird. Auf diese Weise zieht der Widerstand 142 die an dem Schnittstellenanschluss 130 anliegende Spannung im Wesentlichen auf das erste Potential VBat, wenn der Schnittstellenanschluss 130 ansonsten im Wesentlichen schwebend ist. Mit dem Begriff „schwebend” (englisch „floating”) ist gemeint, dass der Schnittstellenanschluss 130 sich auf einem nicht vorher bestimmbaren bzw. nicht definierten elektrischen Potential befindet, da in bestimmten Betriebszuständen sowohl der Signalausgang des Ausgangstreibers 120 als auch der Signaleingang des Eingangspuffers 54 sehr hochohmig sind und der Schnittstellenanschluss 130 somit von definierten Potentialen, wie dem Versorgungspotential VBat und dem Massepotential GND im Wesentlichen abgekoppelt ist. Dasselbe gilt für die elektrische Verbindung 80 und den Schnittstellenanschluss 52 der Eingangsschnittstelle 50. In der Literatur findet sich bisweilen auch der Begriff „potentialfrei” zur Beschreibung eines Knotens, der bezüglich des elektrischen Potentials schwebend ist. Der Widerstand 142 hebt diesen schwebenden Zustand auf und zieht das elektrische Potential des Schnittstellenanschlusses 130 auf das Versorgungspotential VBat, wenn dieser Effekt nicht durch einen stärkeren Einfluss einer anderen Komponente wie dem Ausgangstreiber 120 überlagert wird. Insbesondere kann der Ausgangstreiber 120 während eines Kommunikationsbetriebs an seinem Signalausgang gezielt ein elektrisches Potential anlegen, das zwischen dem Massepotential GND und dem Versorgungspotential VBat liegt. In der Regel ist der Widerstand 142 so bemessen, dass über ihn nur ein geringer elektrischer Strom fließt, der kleiner ist als ein von dem Ausgangstreiber 120 ausgegebener elektrischer Strom.
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Durch die gezielte Aktivierung des Widerstands 142 mittels des Schalters 143 kann vermieden werden, dass bei einem absichtlichen Abschalten („Power Down”) des Gegenübers (d. h. der Schnittstelle 50) ein konstanter Querstrom fließen. Sobald die Kommunikation begonnen hat und aktive Level auf dieser Leitung getrieben werden, kann der Widerstand 142 durch Öffnen des Schalters 143 deaktiviert werden, um wiederum Querströme zu vermeiden. Der Schalter 143 ermöglicht somit die Durchführung einer Prüfung des Buszustands (Zustand der Verbindung bzw. des Kommunikationspartners) unmittelbar vor einer Freigabe zur Kommunikation während der Bus im Ruhezustand hochohmig ist bzw. im Kommunikationsfall der Pegel auf dem Bus durch den aktiven Treiber bestimmt wird. Man beachte, dass der Schalter 143 stellvertretend für beliebige Schaltelemente ist, insbesondere Transistoren.
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In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Schnittstellen 50 und 300 auch bidirektionale Schnittstellen sein können. Dementsprechend würde die Schnittstelle 50 ebenfalls einen Ausgangstreiber aufweisen, dessen Signalausgang mit dem Schnittstellenanschluss 52 verbunden ist. Die Schnittstelle 300 würde ihrerseits einen Eingangspuffer umfassen, dessen Signaleingang mit dem Schnittstellenanschluss 130 verbunden ist. In diesem bidirektionalen Fall kann an dem Schnittstellenanschluss 130 auch dann ein aktives Signal anliegen, wenn eine Datenübertragung von der Schnittstelle 50 über die elektrische Verbindung 80 zurück zur Schnittstelle 300 erfolgt.
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Die Spannungserfassungseinrichtung 144 ist konfiguriert, um eine an dem Schnittstellenanschluss anliegende Spannung zu erfassen. Als elektrisches Bezugspotential für die Spannungserfassungseinrichtung 144 kann z. B. das Massepotential GND gewählt werden, wobei jedoch auch andere Bezugspotentiale möglich sind. Auf diese Weise lässt sich ein Zusammenhang herstellen zwischen der von der Spannungserfassungseinrichtung 144 erfassten Spannung und dem an dem Schnittstellenanschluss 130 anliegenden elektrischen Potential. Die Spannungserfassungseinrichtung 144 gibt ein Auswertesignal aus, das zu einer Freigabelogik (nicht gezeigt in 3) zugeführt wird. Die Freigabelogik ist konfiguriert, um auf der Grundlage des Auswertesignals ein Freigabesignal für den Ausgangstreiber 120 zu generieren, wobei dies eine Freigabe des Ausgangstreibers 120 bewirkt, wenn aus dem Auswertesignal hervorgeht, dass die an dem Schnittstellenanschluss 130 anliegende Spannung einer gegebenen Bedingung (z. B. einer vorbestimmten Bedingung) genügt.
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Die gegebene Bedingung kann beispielsweise angeben, ob die an dem Schnittstellenanschluss 130 anliegende Spannung höher oder niedriger als ein Schwellenwert ist. Wenn weder der Ausgangstreiber 120 noch ein eventuell vorhandener Ausgangstreiber der Schnittstelle 50 ein aktives Signal an den Schnittstellenanschluss 130 anlegt, wird das elektrische Potential an dem Schnittstellenanschluss 130 im Wesentlichen durch einen Spannungsteiler bestimmt, zu dem auch der Widerstand 142 gehört. Ein zweiter Teil bzw. Zweig des Spannungsteilers wird durch variable Verbindungen von dem Schnittstellenanschluss 130 zum Massepotential GND gebildet, die im Normalbetrieb sehr hochohmig bzw. praktisch nicht leitend sind (1), im Fehlerfall jedoch relativ niederohmig werden können (2). Der (gedachte) Spannungsteiler erstreckt sich dabei von der Versorgungsspannung VBat über den Widerstand 142, den Schnittstellenanschluss 130 und die hochohmige bzw. niederohmige Verbindung bis zum Massepotential GND. Ein Erfassungseingang der Spannungserfassungseinrichtung 144 ist mit dem Schnittstellenanschluss 130 und somit einem zentralen Knoten des (gedachten) Spannungsteilers verbunden, so dass sich je nachdem, ob die Verbindung zwischen dem Schnittstellenanschluss 130 und dem Massepotential GND hochohmig oder niederohmig ist, eine beträchtliche Auswirkung auf die an dem Schnittstellenanschluss anliegende Spannung ergibt, wenn an dem Schnittstellenanschluss 130 kein aktives Signal anliegt. Durch einen Vergleich der an dem Schnittstellenanschluss 130 anliegenden Spannung mit dem Schwellenwert kann festgestellt werden, ob die gegebene Bedingung erfüllt ist, was wiederum darauf schließen lässt, dass weder auf der elektrischen Verbindung 80 noch innerhalb der Schnittstelle 50 oder innerhalb des Kommunikationspartners (angedeutet durch das Netzwerk 56) ein ungewollter Kurzschluss zwischen der Kommunikationsleitung und dem Massepotential vorliegt.
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Gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre wird die Kommunikationsleitung mit einem schwachen Pegel (z. B. einem schwachen Logikpegel, englisch „weak logic level”) geprüft, bevor eine Kommunikation begonnen wird.
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Wenn keine Kommunikation über die SPI-Schnittstelle erfolgt, werden die SPI-Schnittstellenleitungen in einem Standardzustand bzw. Default-Zustand gehalten. Der Standardzustand ist bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel schwebender Zustand. Kurz vor einer aufzunehmenden Kommunikation wird eine Prüfung der Verbindung durchgeführt, wofür die SPI-Schnittstellenleitung auf einem logischen „High”-Zustand gehalten wird. Dieses Halten der SPI-Schnittstellenleitung(en) wird durch einen integrierten Pull-Up-Widerstand 142 erreicht (der Pegel wird demnach nicht aktiv erzeugt, d. h. der Pegel wird nicht von z. B. dem Ausgangstreiber 120 erzeugt)). Es ist unkritisch, die Leitung(en) in einem schwachen Zustand zu halten, da dieser statisch ist (es wird kein schnelles Timing benötigt wie während der Kommunikation).
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Wenn die SPI-Kommunikation gestartet wird, ist der erste Schritt eine Überprüfung des (schwachen) Default-Zustands der Leitung. Dies kann z. B. über eine kleine digitale Hardware bzw. digitale Schaltung erfolgen.
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Die SPI-Ausgangsleitung wird wie folgt überwacht.
- a) Der Pull-Up-Widerstand 142 wird mittels des Schalters 143 mit dem elektrischen Potential VBat verbunden, was über ein Prüfungsaktivierungssignal gesteuert wird, der den Schalter 143 schließt. Auf diese Weise zieht der Pull-Up-Widerstand 142 den Schnittstellenanschluss 130 auf das elektrische Potential VBat, sofern kein Defekt auf der Schnittstellenleitung oder bei dem Kommunikationspartner vorliegt.
- b) Falls die Leitung auf dem logischen „High”-Zustand ist, kann davon ausgegangen werden, dass der Kommunikationspartner aktiv ist, und die Kommunikation wird gestartet.
- c) Falls die Leitung auf dem logischen „Low”-Zustand ist, muss davon ausgegangen werden, dass der Kommunikationspartner abgeschaltet ist oder ein Masseschluss vorliegt. In diesem Fall gilt, dass durch den Widerstand 142 begrenzte Ströme, die über die elektrische Verbindung 80 zum Kommunikationspartner geschickt werden, die SPI-Leitung nicht auf einen logischen „High”-Zustand anheben können und der Fehlerzustand damit erkennbar bleibt. Der Pull-Up-Widerstand 142 begrenzt den Strom jedoch auf unkritische Werte. Die Kommunikation wird nicht gestartet und ein Fehlercode wird gegebenenfalls an den Benutzer (z. B. ein Kunde, der die Schnittstellenschaltung 300 erworben hat) übermittelt. Demnach kann ein von der Spannungserfassungseinrichtung 144 erfasster Spannungswert der an dem Schnittstellenanschluss anliegenden Spannung einen möglichen Kurzschluss auf der Schnittstellendatenleitung 80 oder innerhalb an die Schnittstellendatenleitung 80 angeschlossenen Kommunikationspartners anzeigen. Diese Information kann dann für die Entscheidung herangezogen werden, ob eine Freigabe des Ausgangstreibers 120 erfolgen soll oder nicht.
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Die Spannungserfassungseinrichtung 144 kann insbesondere konfiguriert sein, um die an den Schnittstellenanschluss 130 anliegende Spannung mit einem schwachen logischen Pegel (englisch „weak logic level”) zu testen.
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Die Spannungserfassungseinrichtung 144 kann einen Komparator umfassen, der konfiguriert ist, um die an dem Schnittstellenanschluss anliegende Spannung mit dem Schwellenwert zu vergleichen, wobei das Auswertesignal angibt, ob die an dem Schnittstellenanschluss 130 anliegende Spannung höher oder niedriger als der Schwellenwert ist. In ähnlicher Weise kann die Spannungserfassungseinrichtung 144 einen Analog-Digital-Wandler umfassen. Das Auswertesignal ist in diesem Fall ein digitales Signal. Auch der zuvor erwähnte Komparator kann als ein 1-Bit-Analog-Digital-Wandler angesehen werden.
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Prinzipiell kann die Schnittstelle 300 eine analoge Schaltung oder eine digitale Schaltung sein. Wenn die Schnittstellenschaltung 300 eine digitale Schaltung ist, kann das Ausgangssignal zumindest einen ersten logischen Zustand und einen zweiten Zustand darstellen.
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Die Kombination aus den Schnittstellen 50, 300 und der Schnittstellenleitung 80 ist typischerweise ein Teil eines Kommunikationssystems. Das Kommunikationssystem umfasst eine erste Kommunikationseinrichtung und eine zweite Kommunikationseinrichtung. Die erste Kommunikationseinrichtung umfasst die Schnittstellenschaltung 300 und die zweite Kommunikationseinrichtung umfasst die Schnittstellenschaltung 50. Die Schnittstellenleitung 80 bildet eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Kommunikationseinrichtung und der zweiten Kommunikationseinrichtung. Zumindest die erste Kommunikationseinrichtung ist konfiguriert, um eine elektrische Eigenschaft einer Schaltung, die die elektrische Verbindung und die zweite Kommunikationseinrichtung umfasst, durch Anlegen eines schwachen Signalpegels an die elektrische Verbindung 80 und durch Auswerten einer sich auf der elektrischen Verbindung 80 ergebenden Spannung zu bestimmen. Die erste Kommunikationseinrichtung ist auch konfiguriert, um eine Kommunikation von der ersten Kommunikationseinrichtung zu der zweiten Kommunikationseinrichtung (nur dann) freizugeben, wenn die sich auf der elektrischen Verbindung 80 ergebende Spannung einer gegebenen Bedingung genügt. Aus Sicht der ersten Kommunikationseinrichtung bilden die elektrische Verbindung bzw. Schnittstellenleitung 80 und die zweite Kommunikationseinrichtung eine Schaltung, die sich auch in Form eines Ersatzschaltbildes darstellen lässt. Diese Schaltung stellt auch eine elektrische Last für eine reale Spannungsquelle dar, die durch das Versorgungspotential VBat und den Widerstand 142 gebildet wird. Die von der Kommunikationseinrichtung 300 zu bestimmende elektrische Eigenschaft ist beispielsweise der Eingangswiderstand der Schaltung, die die elektrische Verbindung 80 und die zweite Kommunikationseinrichtung umfasst. Bei ordnungsgemäßem Betrieb, d. h. wenn kein Massekurzschluss vorliegt, ist dieser Widerstand relativ groß. Unter Umständen kann der Widerstandswert auch im Normalbetrieb mehr oder weniger um einen relativ großen Wert schwanken, je nach Schaltzustand der zweiten Kommunikationseinrichtung.
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Die hierin offenbarten technischen Lehren können allgemein in elektronischen Schaltungen, Mikrokontrollern, etc. verwendet werden für Fehlerschutz auf digitalen Schnittstellen, welche einen aktiv getriebenen logischen Pegel erfordern. Auch zum Bereitstellen einer einfachen/zusätzlichen Diagnosemöglichkeit für angeschlossene Vorrichtungen, die selber keine oder nur geringe Selbsttestfähigkeiten anbieten (z. B. ein SPI-Sensor), eignet sich eine Schnittstellenschaltung gemäß der offenbarten technischen Lehre, wenn ein Rücklese- und Plausibilitätscheck des gelesenen Werts jetzt (d. h. unverzüglich oder augenblicklich) durchgeführt werden muss.
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4 zeigt einen schematischen Schaltplan einer Schnittstellenschaltung 400 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der offenbarten technischen Lehre. Die Spannungserfassungseinrichtung 444 ist hier als allgemeine Messvorrichtung dargestellt. Das von der Spannungserfassungseinrichtung 444 ausgegebene Auswertesignal wird an die Freigabelogik 446 übermittelt, welche das Auswertesignal verwendet, um das Freigabesignal für den Ausgangstreiber 120 zu generieren. Das Freigabesignal kann z. B. einen so genannten Tri-State-Zustand des Ausgangstreibers 120 erzwingen, solange die Freigabelogik 446 den Ausgangsbetrieb der Schnittstelle 400 aufgrund der auf der Schnittstellenleitung 80 oder in dem Kommunikationspartner (angedeutet durch das Netzwerk 456) vorgefundenen Situation nicht zulässt. Das von der Freigabelogik 446 ausgegebene Freigabesignal kann z. B. und-verknüpft mit einem Betriebsartsignal sein, welches steuert, ob die Schnittstelle 400 inaktiv ist oder in einem Eingangsbetrieb oder einem Ausgangsbetrieb arbeiten soll.
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5 stellt schematisch zwei Spannungsbereiche der an dem Schnittstellenanschluss 130 anliegenden Spannung dar, die bestimmen, ob eine Freigabe des Ausgangstreibers 120 erfolgt oder nicht. Es wird angenommen, dass die Spannung an dem Schnittstellenanschluss 130 einen Wert annehmen kann, der innerhalb eines typischen Spannungsbereichs der Schnittstelle liegt. Dieser typische Spannungsbereich ist in der als Beispiel zu verstehenden 5 von 0 V bis 5 V angegeben. Wenn die Spannung an dem Schnittstellenanschluss 130 über einem Wert VSchwellenwert ist, kann davon ausgegangen werden, dass kein Massekurzschluss auf der Schnittstellenleitung 80 oder dem Kommunikationspartner mit der Schnittstelle 50 vorliegt. Dieser Wert Vschwellenwert kann z. B. ungefähr 3 V betragen, wie in 5 dargestellt. In dem mit „Freigabe” bezeichneten Spannungsbereich erfüllt die Spannung an dem Schnittstellenanschluss 130 somit die gegebene Bedingung. Liegt die an dem Schnittstellenanschluss 130 anliegende Spannung jedoch unterhalb des Werts VSchwellenwert, so ist die gegebene Bedingung nicht erfüllt und es erfolgt keine Freigabe. In diesem Fall muss nämlich damit gerechnet werden, dass über den Widerstand 142 ein nicht zu vernachlässigender Strom fließt, der zu einem entsprechenden Spannungsabfall über dem Widerstand 142 führt. Dies lässt auf einen Massekurzschluss zwischen der Schnittstellenleitung 80 und dem Massepotential GND schließen.
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6 zeigt einen schematischen Schaltplan einer Schnittstellenschaltung 600 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der offenbarten technischen Lehre. Zusätzlich zu den Elementen, die die Schnittstellenschaltung 400 von 4 enthält, umfasst die Schnittstellenschaltung 600 noch eine Fehlersignalschaltung 647. Die Fehlersignalschaltung 647 ist konfiguriert, um ein Fehlersignal auf der Grundlage des Freigabesignals zu erzeugen, wenn eine erwartete Freigabe des Ausgangstreibers durch die Freigabelogik 446 ausbleibt. Das Fehlersignal kann von der Schnittstelle 600 an einen Benutzer oder eine Fehlerbehandlungseinrichtung ausgegeben werden, so dass weitere Maßnahmen zur Behebung des Fehlers durchgeführt werden können. Da gerade bei einer fehlenden Spannungsversorgung des Kommunikationspartners eine Selbstdiagnose des Kommunikationspartners in der Regel ebenfalls ausfällt, kann das von der Schnittstelle 600 generierte Fehlersignal wertvolle Informationen über den Ort und die Art des Fehlers liefern. Dies liegt daran, dass sich der Fehler auch auf die Schnittstelle 600, insbesondere die an dem Schnittstellenanschluss 130 anliegende Spannung, auswirkt, selbst wenn die Fehlerursache innerhalb des Kommunikationspartners oder seiner Spannungsversorgung zu suchen ist.
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Obwohl nicht dargestellt in 6, kann die Fehlersignalschaltung 647 weitere Eingänge aufweisen, um z. B. ein Betriebsartsignal zu empfangen. Durch Auswerten des Freigabesignals und eventuell weiterer Signale kann die Fehlersignalschaltung 647 feststellen, ob die Symptome für einen Fehler vorliegen. Das Fehlersignal kann nähere Informationen zu der Fehlerart und -ursache beinhalten.
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Um eine Überprüfung während der Kommunikation zu ermöglichen (sozusagen ein ”Notstopp” wenn der durch den Ausgangstreiber zu erzeugende logische Zustand nicht erzeugt werden kann) kann die Spannungserfassungseinrichtung 444 prüfen, ob ein Sollzustand der am Eingang des Ausgangstreibers 120 anliegt auch tatsächlich in der vorgesehenen Weise am Schnittstellenanschluss 130 ausgegeben wird. Eine optionale Verbindung vom Eingang des Ausgangstreibers 120 zur Spannungserfassungseinrichtung 444 (in 6 gestrichelt gezeichnet) dient der Übermittlung des Sollzustands an die Spannungserfassungseinrichtung 444.
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7 zeigt einen schematischen Schaltplan/Blockschaltbild einer Schnittstellenschaltung 700 gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der offenbarten technischen Lehre. Die Freigabelogik 746 umfasst in diesem Fall einen Eingang für ein Betriebsartsignal. Das Betriebsartsignal gibt an, ob die Schnittstellenschaltung zu einem bestimmten Zeitpunkt im Eingangsbetrieb oder im Ausgangsbetrieb arbeiten soll. Die Freigabelogik 746 ist weiterhin konfiguriert, um eine mögliche Freigabe des Ausgangstreibers 120 dann (d. h. zu einem bestimmten Zeitpunkt bzw. in einer bestimmten Situation) zu prüfen, wenn das Betriebsartsignal ein Umschalten auf den Ausgangsbetrieb signalisiert. Wenn die Freigabe des Ausgangstreibers 120 Erfolg hat, hält die Freigabelogik 746 das Freigabesignal so lange, bis das Betriebsartsignal ein Ende des Ausgangsbetriebs signalisiert. Auf diese Weise wird die Freigabe des Ausgangstreibers 120 nur zu bestimmten Zeitpunkten bzw. unter bestimmten Voraussetzungen geprüft, nämlich bevor der Ausgangstreiber 120 aktiviert wird, wenn also von einem Eingangsbetrieb (Input-Betrieb) auf einen Ausgangsbetrieb (Output-Betrieb) umgeschaltet wird.
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Die Schnittstellenschaltung 700 umfasst weiterhin eine Eingangsschaltung 754, die einen mit dem Schnittstellenanschluss 130 verbundenen Signaleingang aufweist. Die Eingangsschaltung 754 kann im Wesentlichen so ähnlich aufgebaut sein, wie die Schnittstellenschaltung 50 aus 1 bis 3, d. h. insbesondere einen Eingangspuffer umfassen. Die Eingangsschaltung 754 weist weiterhin einen Eingang für das Betriebsartsignal auf, so dass die Eingangsschaltung 754 aktiv geschaltet wird, wenn das Betriebsartsignal einen Eingangsbetrieb der Schnittstellenschaltung 700 anzeigt. Ein Ausgang der Eingangsschaltung 754 ist mit einem nicht näher spezifizierten Netzwerk 710 verbunden, in dem das über die Schnittstellenleitung 80 empfangene Signal weiter verarbeitet wird.
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8 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Schnittstellenschaltung 800 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der offenbarten technischen Lehre. Die Schnittstellenschaltung 800 umfasst den Schnittstellenanschluss 130, einen Ausgangstreiber 820, eine Standardpegelerzeugung 840, eine Überprüfungsschaltung 844 und eine Freigabeschaltung 846.
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Die Standardpegelerzeugungsschaltung 840 ist konfiguriert, um einen Standardpegel an dem Schnittstellenanschluss 130 zu halten, wenn an diesem kein aktives Signal anliegt. Wie oben erläutert, bezieht sich der Begriff „aktives Signal” auf ein Signal, das von dem Ausgangstreiber 820 an den Schnittstellenanschluss 130 angelegt wird, oder über die Schnittstellenleitung 80 von einem Kommunikationspartner innerhalb des Netzwerks 456 an den Schnittstellenanschluss 130 angelegt wird. Der Standardpegel bzw. Default-Pegel kann ein logischer Pegel, ein Spannungspegel, ein Strompegel oder eine weitere Pegelart sein. Die Standardpegelerzeugung 840 ist in der Regel relativ „elastisch”, so dass die an einem Ausgang der Standardpegelerzeugungsschaltung 840 angeschlossene Last einen großen Einfluss auf das von der Standardpegelerzeugungsschaltung 840 ausgegebene Signal (z. B. die an dem Schnittstellenanschluss 130 anliegende Spannung) hat. Die Standardpegelerzeugungsschaltung kann z. B. als reale Spannungsquelle mit relativ hohem Innenwiderstand angesehen werden. Dementsprechend ist die Standardpegelerzeugung nur bei bestimmten Lastzuständen in der Lage, den Standardpegel zu halten. Gerade diese Abhängigkeit vom Lastzustand kann bei den Schnittstellenschaltungen gemäß der offenbarten technischen Lehre genutzt werden. Wenn die Standardpegelerzeugungsschaltung 840 als reale Spannungsquelle mit hohem Innenwiderstand konfiguriert ist, so begrenzt dieser hohe Innenwiderstand auch den von der Standardpegelerzeugungsschaltung 840 ausgegebenen Strom, was in vielen Fällen gewünscht ist, um eine Stromaufnahme der Schnittstellenschaltung 800 und somit eine Belastung der Spannungsversorgung zu begrenzen. Weiterhin wird die Prüfung der Schnittstellenleitung und des Kommunikationspartners nur zu bestimmten Zeitpunkten und unter bestimmten Bedingungen durchgeführt, zum Beispiel bevor eine Kommunikation in Richtung des Kommunikationspartners gestartet wird.
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Die Überprüfungsschaltung 844 ist konfiguriert, um zu prüfen, ob ein aktueller Pegel an dem Schnittstellenanschluss 130 innerhalb eines Toleranzbereichs bezüglich des Standardpegels liegt. Die Überprüfungsschaltung 844 ist ferner konfiguriert, um ein entsprechendes Prüfergebnis auszugeben, wenn der aktuelle Pegel innerhalb des Toleranzbereichs bezüglich des Standardpegels liegt. Bezug nehmend auf 5 kann der Standardpegel z. B. bei ungefähr 4,5 Volt liegen. Der Toleranzbereich bezüglich dieses Standardpegels wäre nach der Darstellung von 5 der nach oben offene Bereich oberhalb des Schwellenwerts VSchwellenwert 3 V. Andere Toleranzbereiche, insbesondere engere Toleranzbereiche um den Standardpegel sind ebenfalls denkbar. Der Toleranzbereich kann sich symmetrisch um den Standardpegel erstrecken, muss es aber nicht.
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Die Freigabeschaltung 846 ist konfiguriert, um das Prüfergebnis zu empfangen und einen Ausgangsbetrieb der Schnittstelle 800 freizugeben, wenn der aktuelle Pegel innerhalb des Toleranzbereichs liegt und die Schnittstellenschaltung kein aktives Signal an den Schnittstellenanschluss 130 anlegt. Man beachte, dass die tatsächliche Aktivierung des Ausgangsbetriebs der Schnittstelle 800 in der Regel nicht nur von dem Freigabesignal abhängt, sondern auch von einem Betriebsartsignal, das z. B. innerhalb des Netzwerks 110 generiert wird. Andererseits ist ein Ausgangsbetrieb der Schnittstelle 800 typischerweise nicht möglich, wenn das Freigabesignal keine Freigabe für den Ausgangstreiber 820 anzeigt.
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9 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Freigeben eines Ausgangstreibers einer Schnittstellenschaltung. Das Verfahren umfasst ein Auswerten einer an einem Schnittstellenanschluss anliegenden Spannung und ein Erzeugen eines entsprechenden Auswertesignals, wie in Schritt 902 zu sehen. Der Schnittstellenanschluss bildet eine Verbindung zu einer Schnittstellendatenleitung für eine Kommunikation mit einem Kommunikationspartner der Schnittstellenschaltung.
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Während eines Schritts 904 wird dann geprüft, ob das Auswertesignal signalisiert, dass die an dem Schnittstellenanschluss anliegende Spannung einer gegebenen Bedingung genügt. Die gegebene Bedingung kann beispielsweise dann erfüllt sein, wenn die an dem Schnittstellenanschluss anliegende Spannung innerhalb eines bestimmten Spannungsbereichs ist.
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Das Verfahren zum Freigeben eines Ausgangstreibers einer Schnittstellenschaltung umfasst weiterhin einen Schritt 906 zum Erzeugen eines Freigabesignals für den Ausgangstreiber der Schnittstellenschaltung, wenn das Prüfen ergeben hat, dass die an dem Schnittstellenanschluss anliegende Spannung der gegebenen Bedingung genügt.
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Das Verfahren kann weiterhin ein Vergleichen der an dem Schnittstellenanschluss anliegenden Spannung mit einem Schwellenwert umfassen, um ein entsprechendes Vergleichsergebnis zu erhalten. Das Auswertesignal kann dann auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses generiert werden, das angibt, ob die an dem Schnittstellenanschluss anliegende Spannung höher oder niedriger als der Schwellenwert ist.
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Die an dem Schnittstellenanschluss anliegende Spannung kann im Wesentlichen mittels eines Widerstands, z. B. eines Pull-Up-Widerstands oder Pull-Down-Widerstands, auf ein erstes elektrisches Potential gezogen werden, wenn der Schnittstellenanschluss ansonsten im Wesentlichen schwebend ist. Der Widerstand kann den Schnittstellenanschluss elektrisch mit dem ersten Potential verbinden.
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Das Auswertesignal kann ein digitales Signal sein und das Erzeugen des Auswertesignals kann eine Analog-Digital-Umsetzung umfassen.
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Das Verfahren kann weiterhin ein Prüfen umfassen, ob eine erwartete Freigabe des Ausgangstreibers ausbleibt. Gegebenenfalls kann im Rahmen des Verfahrens ein Fehlersignal auf der Grundlage des erwarteten, jedoch ausbleibenden Freigabesignals erzeugt werden.
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Das Verfahren kann weiterhin ein Empfangen eines Ausgangsbetriebsaktivierungsbefehls umfassen. Der Ausgangsbetriebsaktivierungsbefehl kann beispielsweise über ein Betriebsartsignal bereitgestellt werden. Wenn der Ausgangsbetriebsaktivierungsbefehl empfangen wurde, können der Schritt des Auswertens der an dem Schnittstellenanschluss anliegenden Spannung, der Schritt des Prüfens und der Schritt des Erzeugens des Freigabesignals für den Ausgangstreiber bedingt durchgeführt werden. Das Freigabesignal für den Ausgangstreiber kann in diesem Fall so lange gehalten werden, bis ein den Ausgangsbetrieb beendender Befehl empfangen wird.
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Bestimmte Spannungswerte der an dem Schnittstellenanschluss anliegenden Spannung können auf einen möglichen Kurzschluss auf der Schnittstellendatenleitung oder innerhalb eines an die Schnittstellendatenleitung angeschlossenen Kommunikationspartners hinweisen.
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Das Erfassen der an dem Schnittstellenanschluss anliegenden Spannung kann durch Anlegen eines schwachen logischen Pegels an dem Schnittstellenanschluss erfolgen.
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10 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Freigeben eines Ausgangsbetriebs einer Schnittstelle. Die Schnittstelle umfasst einen Schnittstellenanschluss, der konfiguriert ist, um an eine Schnittstellenleitung angeschlossen zu werden für eine Kommunikation mit einem Kommunikationspartner. Das Verfahren umfasst einen Schritt 1002 zum Halten eines Standardpegels an dem Schnittstellenanschluss, wenn an diesem kein aktives Signal anliegt. Der Standardpegel kann z. B. ein schwacher logischer Pegel sein. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Prüfen, ob ein aktueller Pegel an dem Schnittstellenanschluss innerhalb eines Toleranzbereichs bezüglich des Standardpegels liegt, wie in Schritt 1004 angedeutet. Es sei darauf hingewiesen, dass der aktuelle Pegel durchaus von dem Standardpegel abweichen kann, insbesondere wenn an dem Schnittstellenanschluss ein aktives Signal anliegt. In diesem Sinne kann auch eine niederohmige Masseverbindung oder eine niederohmige Verbindung zu einem anderen elektrischen Potential als ein aktives Signal angesehen werden. Ausgehend von dem Prüfen des aktuellen Pegels in Schritt 1004 wird in einem Schritt 1006 ein entsprechendes Prüfergebnis erzeugt.
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In einem Schritt 1008 wird der Ausgangsbetrieb der Schnittstelle freigegeben, wenn der aktuelle Pegel innerhalb des Toleranzbereichs liegt und die Schnittstellenschaltung kein aktives Signal an den Schnittstellenanschluss anlegt.
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Um ein Gesamtenergiebudget einer Anwendung bzw. einer elektronischen Schaltung in einem vorgesehenen Rahmen zu halten, wird von einer Reihe von Kunden oder Benutzern derartiger Systeme ein Aussetzbetrieb (englisch „duty cycling”) bestimmter Komponenten gefordert. Im Rahmen des Aussetzbetriebs wird diese Komponente (bzw. werden diese Komponenten) zeitweilig in inaktiven Phasen ausgeschaltet (d. h. von der Spannungsversorgung abgekoppelt). Dies wird häufig von einer Anwendungssteuerung durchgeführt, wie z. B. einem Mikrokontroller, so dass die direkt über eine SPI-Verbindung angebundenen Komponenten in diesen inaktiven Phasen auf spannungslose bzw. nicht spannungsversorgte Kommunikationspartner treffen, ohne dass dies der/den über die SPI-Verbindung angebundenen Komponente(n) bekannt ist.
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Die hierin offenbarte technische Lehre kann in derartigen Systemen genutzt werden, um die verschiedenen Komponenten bzw. Schnittstellen und die darin enthaltenen Ausgangstreiber gegen Masseschlüsse abzusichern, die in angeschlossenen Kommunikationspartnern auftreten können, wenn diese von der Spannungsversorgung abgekoppelt sind.
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Die hierin offenbarten technischen Lehren sind von Interesse für vielfältige elektronische System und können allgemein in elektronischen Schaltungen, Mikrokontrollern, etc. verwendet werden für
- a) Fehlerschutz auf digitalen Schnittstellen, welche einen aktiv getriebenen logischen Pegel erfordern und
- b) das Bereitstellen einer einfachen/zusätzlichen Diagnosemöglichkeit für angeschlossene Vorrichtungen, die selber keine oder nur geringe Selbsttestfähigkeiten anbieten (z. B. ein SPI-Sensor), wenn ein Rücklese- und Plausibilitätscheck des gelesenen Werts jetzt (d. h. unverzüglich oder augenblicklich) durchgeführt werden muss.
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Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
