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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von elektromagnetischen Störimpulsen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Elektronikbauteil zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Elektrische Schaltungen, wie sie beispielsweise ein Elektronikbauteil aufweist, können durch elektromagnetische Störimpulse gestört werden. Um die elektromagnetische Verträglichkeit dieser Bauteile zu erhöhen, ist es bekannt, beispielsweise geschirmte Gehäuse vorzusehen. Andere Maßnahmen beinhalten das Vorsehen von Filterschaltungen, um die Störimpulse auszufiltern. Ob eine elektromagnetische Störung erfolgt, wird bei diesen Lösungen in der Regel nicht erkannt.
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In der
DE 10 2005 031 785 A1 wird nun ein Steuergerät vorgeschlagen, das Detektierungsmittel aufweist, um elektromagnetische Störsignale beziehungsweise Impulse zu erfassen. Dafür werden Antennen beispielsweise in Form einer Leiterbahn, die auf einer Platine aufgebracht ist, mit einem Auswertebaustein verbunden. Wenn elektromagnetische Störungen erkannt werden, wird vom Auswertebaustein ein entsprechendes Signal an einen Mikroprozessor des Steuergeräts übertragen.
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Der
DE 41 15 432 A1 ist eine Schaltung zur Störungserfassung für eine prozessorgesteuerte elektronische Baugruppe zu entnehmen, wobei einem Sensor zur Erfassung elektromagnetischer Störimpulse ein bistabiles Speicherelement zugeordnet ist. Der Sensor kann dabei beispielsweise als Leiterschleife ausgebildet sein, die auf einer Leiterplatte angebracht ist. Übersteigt der elektromagnetische Störimpuls einen einstellbaren Schwellwert, kommt es zu einem Eintrag im bistabilen Speicherelement. Dies führt zur Anzeige an einem Anzeigeelement, die durch Zurücksetzen des bistabilen Speichers wieder gelöscht werden kann. Diese Lösungen arbeiten an sich zufriedenstellend, benötigen aber relativ viele einzelne Komponenten. Dies führt dazu, dass die Integration in Elektronikbauteile relativ aufwendig ist. Darüber hinaus erfordern diese Komponenten zusätzlichen Bauraum, was bei der gewünschten Miniaturisierung der Elektronikbauteile unerwünscht ist. Dabei ist eine Quantifizierung, also eine Angabe der Anzahl der Störimpulse und deren Intensität nur bedingt, mit viel Aufwand und vor allem nicht in Echtzeit möglich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Erkennung von elektromagnetischen Störimpulsen abzugeben, das mit geringem Aufwand realisierbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Elektronikbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß werden die empfangenen Störimpulse an im Mikrocontroller integrierte Peripherieeinheiten übertragen und im Mikrocontroller aufbereitet. Außer dem Antennenelement sind dann keine zusätzlichen Komponenten erforderlich. Für die Erkennung von sehr starken Einkopplungen, also wenn eine hohe Schaltschwelle erwünscht ist, kann man das Antennenelement, das als Leitung oder Leiterbahn ausgebildet ist, auch komplett weglassen. Dort reicht dann ein hochohmiger Widerstand. Zur Erkennung der elektromagnetischen Störimpulse wird der Mikrocontroller genutzt, der für die ordnungsgemäße Funktion des Elektronikbauteils ohnehin vorhanden ist. Ein derartiger Mikrocontroller weist mehrere integrierte Peripherieeinheiten auf, wie beispielsweise einen Zähler, einen Timer, einen Interrupteingang oder einen DMA-Controller zum direkten Speicherzugriff. Die zusätzliche Belastung des Mikrocontrollers wird dadurch gering gehalten. Das Antennenelement kann beispielsweise als Leitung in einer Platine des Elektronikbauteils integriert werden, sodass es nur wenig Bauraum einnimmt. Dabei sollte das Antennenelement von anderen Komponenten des Elektronikbauteils isoliert sein. Durch das Ausnutzen des ohnehin vorhandenen Mikrocontrollers zur Erkennung von elektromagnetischen Störimpulsen wird der Aufbau des Elektronikbauteils kaum verändert, so dass es mit wenig Aufwand herstellbar und auch miniaturisierbar ist. Ein Antennenelement lässt sich dabei sehr einfach integrieren. Vorzugsweise werden eine Frequenz, eine Impulsbreite und/oder eine Polarität der elektromagnetischen Störimpulse erfasst. Dadurch kann eine Auswertung erfolgen und insbesondere bestimmt werden, ob der elektromagnetische Störimpuls zu einer Funktionsstörung des Elektronikbauteils führen kann oder nicht. Auch lässt sich dadurch möglicherweise die Quelle der elektromagnetischen Störimpulse lokalisieren und/oder identifizieren, was die Fehlersuche und Behebung vereinfacht.
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Vorzugsweise wird eine Anzahl der Störimpulse gezählt. Die Anzahl der Störimpulse gibt einen Hinweis auf die Intensität des Störimpulses und kann relativ einfach über den in einem Mikrocontroller integrierten Zähler erfasst werden. Die Auswertung ist dann denkbar einfach und kann nahezu in Echtzeit über Hardwarefunktionalitäten der Zähler, wie zum Beispiel Capture/Compare, erfolgen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit mit einer nachgelagerten Software sehr komplexe Auswertungen zu erstellen.
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Vorzugsweise wird eine Schaltschwelle angepasst. Erst wenn die Amplitude des elektromagnetischen Störimpulses eine gewisse Schaltschwelle übersteigt, wird dieser im Mikrocontroller erfasst. Dies ist beispielsweise durch das Vorsehen eines elektrischen Widerstandselements am Eingang des Mikrocontrollers realisierbar.
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Bevorzugter Weise wird eine Gegenmaßnahme eingeleitet, wenn ein Störimpuls erkannt wird, wobei insbesondere eine Datenverarbeitung unterbrochen wird. Die Gegenmaßnahme kann dann in Abhängigkeit von Art und Umfang des Störimpulses ausgewählt werden. Dadurch erhöht sich eine Betriebssicherheit des Elektronikbauteils.
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Das erfindungsgemäße Elektronikbauteil zur Durchführung des Verfahrens weist einen Mikrocontroller auf, an dem ein Antennenelement zum Empfangen von elektromagnetischen Störimpulsen angeschlossen ist. Das Antennenelement ist also an dem für die ordnungsgemäße Funktion des Elektronikbauteils ohnehin erforderlichen Mikrocontroller angeschlossen. zusätzliche Auswertebausteine sind nicht erforderlich. Dadurch kommt das Elektronikbauteil mit sehr wenigen Komponenten aus und ist dementsprechend mit geringem Aufwand herstellbar und miniaturisierbar. Die Realisierung einer Erkennung von elektromagnetischen Störimpulsen kann dann relativ kostengünstig erfolgen.
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Vorzugsweise ist das Antennenelement über einen ersten elektrischen Widerstand am Mikrocontroller angeschlossen. Über den ersten elektrischen Widerstand lässt sich eine Schaltschwelle einstellen, die vom elektromagnetischen Störimpuls überschritten werden muss, um vom Mikrocontroller empfangen zu werden. Geringe Störimpulse, die keine Beeinflussung des Elektronikbauteils bewirken können, können damit relativ einfach ausgefiltert werden, so dass die Belastung des Mikrocontrollers gering gehalten wird.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Antennenelement über einen zweiten Widerstand, der größer als der erste Widerstand ist, geerdet ist bzw. gegen GND-Potential hängt. Damit ergibt sich insgesamt eine erhöhte Betriebssicherheit.
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Vorzugsweise ist das Antennenelement an mindestens ein im Mikrocontroller integriertes Peripheriegerät angeschlossen, wobei das Peripheriegerät insbesondere aus einer Gruppe ausgewählt ist, die einen Timer, einen Zähler, einen Interrupteingang und einen DMA-Controller umfasst. Das Verfahren zur Erkennung von elektromagnetischen Störimpulsen kann dann im Mikrocontroller sozusagen im Hintergrund laufen, ohne eine merkliche Belastung des Mikrocontrollers zu verursachen. Die allgemeine Leistung des Mikrocontrollers wird daher kaum beeinträchtigt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigt die einzige Figur ein Elektronikbauteil in schematischer Ansicht.
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In der einzigen Figur ist ein Elektronikbauteil 1 dargestellt, dass eine Platine 2 aufweist, auf der ein Mikrocontroller 3 angeordnet ist. Der Mikrocontroller 3 dient zur Steuerung weiterer Elektronikkomponenten 4, die auf der Platine angeordnet sind. Ein Antennenelement 5 zum Empfangen elektromagnetischer Störimpulse ist über einen ersten Widerstand 6 am Mikrocontroller 3 angeschlossen. Über einen zweiten Widerstand 7, der größer ist als der erste Widerstand 6, ist das Antennenelement 5 mit Erdpotential verbunden.
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Wenn elektromagnetische Störimpulse auftreten, werden diese vom Antennenelement 5 empfangen und über den ersten Widerstand 6 zum Mikrocontroller 3 geleitet, wenn die Störimpulse eine durch die Größe des ersten Widerstands 6 festgelegte Schaltschwelle übersteigen. Dabei werden die empfangenen Störimpulse einem im Mikrocontroller 3 integrierten Peripheriegerät, wie beispielsweise einem Zähler, zugeleitet. Der Zähler erfasst dann die Anzahl der Störimpulse, woraus auf die Intensität des elektromagnetischen Störimpulses geschlossen werden kann. Dabei ist es auch möglich, die Polarität des Störimpulses zu erfassen und beispielsweise, zu bestimmen ob es sich um positive oder negative Flanken handelt.
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Durch einen derartigen Zähler werden die Störimpulse nahezu in Echtzeit ohne Softwareaufwand im Hintergrund gezählt. Die Überwachung des Zählerstandes kann ebenfalls automatisch im Hintergrund und ohne Belastung des Mikrocontrollers 3 erfolgen. Dabei kann gezielt auf Zählerstände reagiert werden. Dadurch ist es möglich, zeitlich kurzfristige Gegenmaßnahmen und Warnungen zu generieren. Auch ist es möglich, eine Art Stör-Protokoll zu erstellen.
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Das Antennenelement 5 stellt eine elektromagnetische Senke dar, die Störimpulse bewusst aufnimmt und einem ohnehin vorhandenen Mikrocontroller 3 zur Überwachung, Analyse und Bewertung zuführt. Dabei können je nach Ergebnis der Auswertungen vorprogrammierte Abläufe als Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Beispielsweise kann eine Datenbearbeitung unterbrochen werden. Auch ist es denkbar, Speicherstellen neu zu initialisieren oder durch gezielte Testanfragen die ordnungsgemäße Funktion einzelner Komponenten des Elektronikbauteils 1 zu überprüfen. Dabei sollte das Antennenelement 5 von den anderen Komponenten elektrisch isoliert sein, damit Störungen nicht auf diese Komponenten übertragen werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist sehr kostengünstig realisierbar, da nur ein Antennenelement 5 zusätzlich benötigt wird, dass beispielsweise über einen Widerstand am Mikrocontroller 3 angeschlossen wird oder sogar durch den Widerstand gebildet ist. Über die Höhe des Widerstands lässt sich dabei eine Grundempfindlichkeit beziehungsweise eine Schaltschwelle einstellen. Dabei können auch mehrere Antennenelemente 5 an einem gemeinsamen Mikrocontroller 3 angeschlossen werden, sodass an verschiedenen Stellen das Auftreten von elektromagnetischen Störimpulsen erfasst werden kann. Dabei ist eine zeitnahe Bewertung der Störungen möglich, was insbesondere bei zeitkritischen Anwendungen vorteilhaft ist.
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Die Detektierung elektromagnetischer Störungen kann beispielsweise folgendermaßen erfolgen:
Ein erster Zähler des Mikrocontrollers 3 wird auf externe Triggerung mit steigender und/oder fallender Flanke eingestellt. Mit einer integrierten Compareeinheit löst der Zähler bei Erreichen eines einstellbaren Zählerstandes einen Interrupt aus oder stößt einen Datentransfer per DMA an.
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Mikrocontroller 3 können sogenannte „Event-Controllereinheiten” aufweisen. Mit einem derartigen „Event-Controller” lassen sich Peripherieelemente wie zum Beispiel Interrupteingänge, Timer, Zähler, DMA-Kanäle etc. per „Hardware” zusammenschalten. Die Peripherieelemente können sich gegenseitig durch Ereignisse und eingetretene (vor-)definierte Zustände anstoßen, abschalten und triggern. Dadurch lassen sich komplexe Abläufe ohne großen Softwareaufwand abbilden. Es werden weniger CPU-Ressourcen durch die Vermeidung von Interrupteinsprüngen benötigt. Das zeitliche Verhalten ist durch die Hardwareverschaltung des EVENT-Controllers deutlich schneller als wenn Interrupteinsprünge durch Software abgearbeitet werden müssen. Auch kann ein Ereignis dann mehrere Peripherieelemente aktivieren und steuern.
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Beispielhaft kann folgende Belegung vorgesehen sein:
Ein externer Flankeneingang eins dient zur Erkennung einer steigenden Flanke. Ein externer Flankeneingang zwei dient zur Erkennung einer fallenden Flanke. Dabei können je nach Funktionalität des Port-Pins der Flankeneingang eins und der Flankeneingang zwei auf einem Pin liegen. Ein erster Zähler dient als Ereigniszähler und ein zweiter Zähler, der von einer internen Taktuhr gespeist ist, dient als Stoppuhr. Ein fortlaufender dritter Zähler wird zur Generierung von Uhr und Datum genutzt und von einem internen Takt gespeist. Ferner werden drei DMA-Kanäle verwendet, zum Beispiel die Kanäle DMA0, DMA1 und DMA2.
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Damit ergibt sich folgender Ablauf:
Eine steigende Flanke wird am externen Flankeneingang eins erkannt. Dies führt zu einem Reload bzw. Rücksetzen und anschließendem Starten des zweiten Zählers. Gleichzeitig wird der erste Zähler, der als Ereigniszähler dient, um eins erhöht.
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Eine fallende Flanke wird am externen Flankeneingang zwei erkannt. Dadurch wird der zweite Zähler wieder gestoppt und der erste Zähler nochmals um eins erhöht. Ferner triggert der Event-Controller den DMA0 zum Verschieben des Zählerinhalts des zweiten Zählers, der einer Länge der Impulse entspricht, in einen fortlaufenden Speicherbereich, der dem zweiten Zähler zugeordnet ist. Der DMA1 verschiebt den Zählerinhalt des ersten Zählers in einen entsprechenden Speicherbereich und der DMA2 verschiebt den Zählerinhalt des dritten Zählers, der eine Zeit bzw. Datumsangabe enthält, in einen fortlaufenden Ereignisspeicherbereich. Dadurch kann protokolliert werden, wann das Ereignis stattgefunden hat.
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In dem Speicher, dem RAM, des Controllers liegen dann in drei Speicherbereichen die Anzahl erkannter Flankenänderungen, die Breite des jeweiligen Impulses sowie die Zeit bzw. Datumsangaben bezüglich des Auftretens der Störungen. Dies geschieht alles im Hintergrund ohne Software. Ein Interrupt wird nach dem Erreichen einer voreingestellten Anzahl an Störungen aufgerufen und startet eine Auswertung. Dieses Abbruchkriterium ist dabei im ersten Zähler definert.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
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Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronikbauteil
- 2
- Platine
- 3
- Mikrocontroller
- 4
- Elektronikkomponente
- 5
- Antennenelement
- 6
- erster Widerstand
- 7
- zweiter Widerstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005031785 A1 [0003]
- DE 4115432 A1 [0004]
