DE102013109544A1

DE102013109544A1 - Aufwachschaltung für elektronische Geräte

Info

Publication number: DE102013109544A1
Application number: DE102013109544.5A
Authority: DE
Inventors: Reiner Nowitzki; Yves Théoduloz; Fabien Maupas
Original assignee: EM Microelectronic Marin SA; Loewe Technologies GmbH
Current assignee: Loewe Ip Holding Ltd Cy; EM Microelectronic Marin SA
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: DE102013109544B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung (10) zum Ändern des Betriebszustands eines elektronischen Geräts, mindestens aufweisend eine primärseitige Schaltungsanordnung (12), mit einer Verbindung zu einer Spannungsquelle und einer Recheneinheit (24), wobei die Recheneinheit (24) mit einer Einrichtung zur Rekonstruktion eines Aufwecksignals und einem Schaltmittel (32) und das Schaltmittel (32) über die Verbindung mit der Spannungsquelle verbunden sind. Ferner weist das elektronische Gerät eine sekundärseitige Schaltungsanordnung (14) mit einer Schnittstelle (22) und einer Steuereinheit (34) auf, wobei die Schnittstelle (22) mit der Steuereinheit (34) und mit der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals und die Steuereinheit (34) mit dem Schaltmittel (32) verbunden sind. Dabei ist die Schnittstelle (22) mit der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals über mindestens einen ersten Kondensator (38) verbunden, so dass ein über die Schnittstelle (22) übertragenes Aufwecksignal über den ersten Kondensator (38) gefiltert und an die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals übertragen wird, wobei das gefilterte Aufwecksignal durch die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals rekonstruiert wird und die Recheneinheit das Schaltmittel (32) in Abhängigkeit des rekonstruierten Aufwecksignals schaltet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ändern des Betriebszustands eines elektronischen Geräts sowie ein Verfahren zum Ändern des Betriebszustands eines elektronischen Geräts.
Elektronische Geräte, wie Geräte der Unterhaltungselektronik können in einem Standby-Betrieb betrieben werden, um die Geräte anschließend über beispielsweise eine Fernbedienung sofort wieder in einen aktiven Zustand zu schalten. Nachteile dieses Standby-Zustandes sind jedoch die hohe Leistungsaufnahme und der hohe Stromverbrauch dieser elektronischen Geräte im Standby-Betrieb. Im Stand der Technik sind daher verschiedene Vorschläge gemacht worden, wie die Leistungsaufnahme und der Verbrauch von elektronischen Geräten, insbesondere der Unterhaltungselektronik, reduziert werden können.
DE 10 2010 032 513 A1 offenbart eine Energiesparschaltung für ein netzgespeistes Gerät mit einer Wandlerschaltung zum Erzeugen einer Betriebsspannung für das Gerät aus einer über ein Netzwerk bereitstellbaren Versorgungsspannung. Die Energiesparschaltung umfasst hierzu ein Schaltelement zum Trennen wenigstens einer elektrischen Verbindung zwischen dem Netzwerk und der Wandlerschaltung und eine Steuerschaltung zum Ansteuern eines Schaltelements in Abhängigkeit von von dem Gerät empfangenen Steuersignalen zum Ein- und/oder Ausschalten sowie einen Energiepuffer zum Speichern der Energie von über das Netzwerk bereitgestellten Spannungsimpulsen zum Versorgen der Steuerschaltung mit einer Betriebsenergie. Das Schaltelement zum Trennen der elektrischen Verbindung kann dabei als Halbleiterschaltelement, insbesondere als MOSFET, ausgebildet sein.
DE 101 06 132 A1 offenbart eine Aufwachschaltung für ein elektrisches Gerät, wobei ein elektrisches Gerät Funktionseinheiten, eine Gerätesteuereinheit und einen Mikrocontroller aufweist. Ein Nutzsignal-Eingang ist mit den Funktionseinheiten und einem Schaltmodul verbunden, wobei das elektrische Gerät ein Netzteil aufweist, das primärseitig über einen Netzfilter und eine Sicherung mit einem Netzanschluss verbunden ist. In dem Netzteil sind die Primär- und Sekundärseite entsprechend ausreichend getrennt, wobei das Netzteil über einen Optokoppler ein- bzw. ausgeschaltet werden kann. Das Ein- bzw. Ausschalten von Netzteilen über Optokoppler weist den Nachteil auf, dass ein relativ hoher Stromverbrauch für den Betrieb dieser Schaltungen benötigt wird.
Jedoch ist es gewünscht, vor allem im Standby-Betrieb die Leistungsaufnahme und den Stromverbrauch möglichst gering zu halten bzw. gegen Null gehen zu lassen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung zum Ändern des Betriebszustandes eines elektronischen Geräts sowie ein Verfahren zum Ändern des Betriebszustandes eines elektronischen Geräts anzugeben, bei welchen die Leistungsaufnahme und der Stromverbrauch im Standby-Betrieb gegenüber bekannten Schaltungen und Geräten reduziert sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung mit den in Anspruch 1 angegebenen technischen Merkmalen und durch ein Verfahren mit den in Anspruch 13 angegebenen technischen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen im Detail angegeben.
Bei einer Schaltungsanordnung zum Ändern des Betriebszustand eines elektronischen Geräts, aufweisend
eine primärseitige Schaltungsanordnung, aufweisend eine Verbindung zu einer Spannungsquelle und eine Recheneinheit, wobei die Recheneinheit mit einer Einrichtung zur Rekonstruktion eines Aufwecksignals und einem Schaltmittel und das Schaltmittel über die Verbindung mit der Spannungsquelle verbunden sind,
eine sekundärseitige Schaltungsanordnung, aufweisend eine Schnittstelle und eine Steuereinheit, wobei die Schnittstelle mit der Steuereinheit und mit der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals und die Steuereinheit mit dem Schaltmittel verbunden sind,
ist die Schnittstelle mit der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals über mindestens einen ersten Kondensator verbunden, so dass ein über die Schnittstelle übertragenes Aufwecksignal über den ersten Kondensator gefiltert und an die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals übertragen wird, wobei das gefilterte Aufwecksignal durch die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals rekonstruiert wird und die Recheneinheit das Schaltmittel in Abhängigkeit des rekonstruierten Aufwecksignals schaltet.
Der erste Kondensator weist vorzugsweise einen kleinen kapazitiven Wert auf. Vorzugsweise findet ein sogenannter Y-Kondensator Einsatz, der die Anforderungen zur sicheren Netztrennung einhält. Über einen solchen Kondensator werden die Hochpassinformationen des Aufwecksignals auf die Primärseite übertragen, wobei über die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals die ursprüngliche Information des Aufwecksignals ermittelt wird. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass mit wenigen Milliwatt (bspw. ca. 5 mW) ein Aufweckereignis detektiert werden kann. Im Vergleich dazu benötigen Anordnungen bzw. Schaltungen/Geräte aus dem Stand der Technik mehrere 100 mW im Standby-Betrieb.
Ein Grund hierfür ist unter anderem, dass sog. Optokoppler, welche im Stand der Technik eine Aktivierung von der Primärseite zu der Sekundärseite bewerkstelligen, eine relativ hohe Leistungsaufnahme erfordern. Durch das Verwenden eines Kondensators zur Übertragung von Informationen eines Aufwecksignals kann bei der vorliegenden Erfindung jedoch die Leistungsaufnahme deutlich reduziert werden.
Die Recheneinheit kann über kapazitive Spannungsteiler (Kondensatoren) mit der Spannungsquelle verbunden sein. Die kapazitiven Spannungsteiler dienen zur Stromversorgung der Recheneinheit. In Abhängigkeit der Leistungsaufnahme bzw. des Verbrauchs der Recheneinheit und einer gewünschten Betriebsdauer müssen die Kondensatoren entsprechend gewählt werden.
Die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals kann eine Schaltung sein. Eine derartige Schaltung kann Teil der Recheneinheit sein, wobei diese beispielsweise in einem Chip oder einer weiteren Schaltung (Recheneinheit) integriert ist. Die Schaltung kann einen Filter und elektronische Bauelemente aufweisen, welche zur Rekonstruktion des hochpassgefilterten Aufwecksignals dienen. So kann in der Schaltung zu dem durch den mindestens einen ersten Kondensator hochpassgefilterten Aufwecksignal eine einstellbare Gleichspannung addiert werden, wobei das daraus gebildete Signal gefiltert wird. Die Filterung und die einstellbare Gleichspannung können von der Recheneinheit bestimm- und veränderbar sein. Das gefilterte Signal wird zusammen mit einem einstellbaren Schwellwert einem Verstärker zugeführt, welcher an dem Setzeingang eines Flip-Flops anliegt. An dem Rücksetzeingang des Flip-Flops liegt das Signal an, das von einem weiteren Verstärker ausgegeben wird, der als Eingänge ebenso das gefilterte Signal und einen weiteren einstellbaren Schwellwert aufweist. Die einstellbaren Schwellwerte sind ebenso von der Recheneinheit einstellbar und veränderbar. Der Signalausgang des Flip-Flops gibt das rekonstruierte Aufwecksignal derart wieder, dass eine Aufweckinformation bzw. ein Aufweckergebnis von der Recheneinheit erkannt wird und entsprechend das Schaltmittel zum Herstellen der Stromversorgung bzw. zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Spannungsquelle und der Steuereinheit schaltbar ist.
In dieser Schaltung können analoge und digitale Filter vorgesehen sein, um Störinformationen zu filtern und zur Adaption auf unterschiedliche BAUD-Raten. Die Schaltung kann ferner analoge externe/interne Schaltungen und/oder digitale externe/interne Schaltungen (mit entsprechenden Analog-/Digital-Wandlern an den Eingängen) aufweisen, sowie als Software-Lösung in einem Mikroprozessor (mit entsprechenden Analog-/Digital-Wandlern an den Eingängen) ausgebildet sein.
Die Schnittstelle kann hierzu eine RS232-Schnittstelle sein. Eine derartige Schnittstelle ist als Standard für eine Vielzahl von elektronischen Geräten, insbesondere unterhaltungselektronischen Geräte, vorgesehen. Ferner ist die RS232-Schnittstelle so definiert, dass keine Versorgungsspannung im Bus definiert ist, wobei über den Bus das Aufwecksignal übermittelt wird und wobei die Leitungen eine höhere Impedanz aufweisen. Auch aus diesem Grund ist die Schnittstelle nicht in der Lage, sog. Optokoppler zu betreiben, die über die Netztrennebene (Primärseite – Sekundärseite) hinweg angeordnet sind.
Die Einrichtung kann zur Rekonstruktion des Aufwecksignals auch einen Physical-Layer und einen MAC-Layer umfassen, wobei in Verbindung mit der Recheneinheit hierüber die Detektion des Aufwecksignals bzw. Rekonstruktion des Aufwecksignals erfolgt.
Die Schnittstelle kann in weiteren Ausführungen mit der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals über zwei Kondensatoren verbunden sein und die zwei Kondensatoren können über ein Hochfrequenzrelais mit der Schnittstelle verbunden sein. Wird von der Recheneinheit das Schaltmittel leitend geschaltet, so wird die Steuereinheit in den aktiven Zustand versetzt und im aktiven Zustand betrieben, wobei über die Steuereinheit das Hochfrequenzrelais derart geschaltet wird, dass die Verbindung von der Schnittstelle zu den Kondensatoren auf die Steuereinheit umgeschaltet wird. Das heißt, bei Feststellen eines Aufwecksignals wird die Steuereinheit der sekundärseitigen Schaltungsanordnung für die bidirektionale Kommunikation mit der Schnittstelle und einem damit verbundenen Datenbus leitend geschaltet.
Wird über den Datenbus das Ausschalten des elektronischen Geräts detektiert, so wird über die Steuereinheit das Hochfrequenzrelais derart geschaltet, dass die Verbindung, zumindest die bidirektionale Verbindung, zur Übertragung von Steuersignalen und zum Betrieb des elektronischen Geräts getrennt wird und die Schnittstelle mit den Kondensatoren leitend geschaltet wird. Über diese kann nachfolgend erneut ein Aufwecksignal übertragen und das Aufwecksignal detektiert werden.
Die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals und die Recheneinheit können ferner über kapazitive Spannungsteiler mit der Spannungsquelle verbunden sein. Auch hierbei ist in Abhängigkeit der Betriebsdauer der Recheneinheit und der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals sowie deren Stromverbrauch und Leistungsaufnahme eine Ausgestaltung der kapazitiven Spannungsteiler (Kondensatoren) zu wählen.
Die Schnittstelle kann ferner eine LAN-Schnittstelle sein. In diesem Fall ist die elektrische Verbindung von der Schnittstelle zur Steuereinheit (Abhörleitung) impedanzkontrolliert abzuschließen. Ferner müssen ein Physical-Layer und ein MAC-Layer angeordnet sein, um eine Adresse im Internet-Protokoll detektieren zu können. Der Physical-Layer und der MAC-Layer können separate Bausteine sein (z.B. LAN-SWITCH) oder in einem Mikroprozessor angeordnet sein, sowie eine Kombination aus beiden bilden. Ferner ist hier ebenso zur impedanzkontrollierten Leistungsführung ein Hochfrequenzrelais vorgesehen, das beim Zuschalten der Steuereinheit aktiviert wird und die Leitung von der primärseitigen Schaltungsanordnung hin zur Steuereinheit umschaltet.
Ein Physical-Layer und MAC-Layer benötigen eine Leistungsaufnahme von ca. 100 mW. Im Vergleich zu sekundärseitigen Lösungen aus dem Stand der Technik für derartige LAN-Anbindungen, wobei diese einige Watt benötigen, wird eine deutliche Leistungsreduktion erreicht.
Ferner kann ein Zusatznetzteil zwischen dem Schaltmittel und der Steuereinheit des elektronischen Geräts angeordnet sein und das Schaltmittel und die Steuereinheit können mit dem Zusatznetzteil verbunden sein. Das Zusatznetzteil ist in der Regel dafür vorgesehen, um von der primärseitigen Schaltungsanordnung hin zur sekundärseitigen Schaltungsanordnung eine entsprechende Spannungsversorgung für die sekundärseitige Schaltungsanordnung bereitzustellen.
Zwischen der Spannungsquelle und dem Schaltmittel kann eine Filtereinrichtung angeordnet sein und das Schaltmittel und die Spannungsquelle können mit der Filtereinheit verbunden sein.
In weiteren Ausführungen weist die Filtereinrichtung eine Schaltung zur Leistungsfaktorerhöhung auf.
RS232-Netzwerke kommen unter anderem in der Consumer-TV-Industrie zum Einsatz, beispielsweise in einer Hotel- oder Krankenhaus-Anlage. Ferner sind auch Haussteuerungen mit derartigen Schnittstellen denkbar. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bietet eine verbrauchsarme Lösung, um elektronisch gesteuerte Anordnungen vom Netzwerk-Standby-Zustand in einen Ein-Zustand zu versetzen, wobei die Leistungsaufnahme im Netzwerkzustand nahezu vernachlässigbar klein ist.
Anstelle eines Hochfrequenzrelais kann die Schnittstelle auch über einen Splitter mit der Steuereinheit und der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals verbunden sein. Hierzu eignet sich beispielsweise ein passiver Splitter (z.B. „Wilkinson-Splitter“). Der Splitter teilt die von der Schnittstelle empfangenen Signale auf, wobei sowohl die Steuereinheit als auch die Rekonstruktionseinrichtung über den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator die Signale empfangen. Eine Dämpfung von empfangenen Signalen wird durch die Rekonstruktionseinrichtung vorgenommen, da diese ohnehin das durch den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator gefilterte Aufwecksignal verstärkt und ggf. filtert. Daher muss lediglich eine Anpassung der Verstärkung und Filterung durch die Rekonstruktionseinrichtung vorgenommen werden. Solche Splitter sind kostengünstig und bewirken daher auch eine Reduzierung der Gesamtkosten für die Schaltungsanordnung und eine Reduzierung des Schaltungsaufwands.
Bei einem Verfahren zum Ändern des Betriebszustands eines elektronischen Gerätes, aufweisend
eine primärseitige Schaltungsanordnung mit einer Verbindung zu einer Spannungsquelle und einer Recheneinheit, wobei die Recheneinheit mit einer Einrichtung zur Rekonstruktion eines Aufwecksignals und einem Schaltmittel und das Schaltmittel über die Verbindung mit der Spannungsquelle verbunden sind,
eine sekundärseitige Schaltungsanordnung mit einer Schnittstelle und einer Steuereinheit, wobei die Schnittstelle mit der Steuereinheit und mit der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals und die Steuereinheit mit dem Schaltmittel verbunden sind, und
wobei die Schnittstelle mit der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals über mindestens einen ersten Kondensator verbunden ist,
wird ein über die Schnittstelle übertragenes Aufwecksignal über den ersten Kondensator gefiltert und an die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals übertragen, wobei das gefilterte Aufwecksignal durch die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals rekonstruiert wird und die Recheneinheit das Schaltmittel in Abhängigkeit des rekonstruierten Aufwecksignals schaltet.
Bei dem Verfahren ergeben sich die gleichen Vorteile wie bereits in Bezug auf eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung beschrieben. Dabei können Aufwecksignale mit lediglich einer geringen Leistungsaufnahme der Schaltungsanordnung detektiert werden, wobei in Abhängigkeit der detektieren Aufwecksignale und der rekonstruierten Aufwecksignale über die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals ein Schaltmittel zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Spannungsquelle und der Steuereinheit erfolgt.
In der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals kann eine einstellbare Gleichspannung zu dem gefilterten Aufwecksignal addiert werden.
Ferner kann das gefilterte und mit der einstellbaren Gleichspannung addierte Aufwecksignal gefiltert werden.
Weiterhin kann das mit der einstellbaren Gleichspannung addierte Aufwecksignal in Abhängigkeit einstellbarer Spannungsschwellwerte gefiltert werden.
Darüber hinaus kann ein Hochfrequenzrelais die Verbindung zwischen dem mindestens einen ersten Kondensator, einen zweiten Kondensator und der Schnittstelle trennen und eine Verbindung zwischen der Schnittstelle und der Steuereinheit herstellen, wenn das Schaltmittel die Steuereinheit mit der Spannungsquelle verbindet.
Wie bereits angegeben, wird hierzu auf die Ausführungen in Bezug auf die Schaltungsanordnungen verwiesen. Die hierin beschriebenen Schaltungsanordnungen und Verfahren zum Ändern des Betriebzustands ermöglichen einen Standby-Betrieb mit einer verschwindend geringen Leistungsaufnahme gegenüber herkömmlichen Systemen.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Gruppierung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Die Abmessungen und Proportionen der in den Figuren gezeigten Komponenten sind hierbei nicht unbedingt maßstäblich, sie können bei zu implementierenden Ausführungsformen vom Veranschaulichten abweichen.
In den Zeichnungen zeigen:
1 schematisch eine Schaltungsanordnung;
2 schematisch eine Recheneinheit mit einer Rekonstruktionsschaltung;
3 ein Ersatzschaltbild einer Schaltung zum Rekonstruieren eines hochpassgefilterten Aufwecksignals;
4 Signalverläufe bei einer Schaltung zum Rekonstruieren eines Aufwecksignals;
5 schematisch eine weitere Schaltungsanordnung; und
6 schematisch eine noch weitere Schaltungsanordnung.
Die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung 10 ist Teil eines elektronischen Gerätes, welches hier nicht dargestellt ist. Das elektronische Gerät weist ferner eine Vielzahl von weiteren Einheiten und Bauteilen auf, welche jedoch zur Darstellung der wesentlichen Aspekte der Schaltungsanordnung 10 und des Verfahrens zum Ändern eines Betriebzustands des elektronischen Geräts nicht dargestellt sind. Das elektronische Gerät kann beispielsweise einen Receiver, eine Festplatte, einen Bildschirm und/oder mindestens einen Lautsprecher umfassen. Ferner kann das elektronische Gerät mit weiteren Geräten über entsprechende Anschlüsse verbindbar und über eine Fernsteuerung (z.B. Fernbedienung) steuer- und bedienbar sein.
Die Schaltungsanordnung 10 ist in eine primärseitige Schaltungsanordnung 12 und eine sekundärseitige Schaltungsanordnung 14 geteilt. Die primärseitige Schaltungsanordnung 12 und die sekundärseitige Schaltungsanordnung 14 weisen auch elektrische Verbindungen und Bauelemente auf, welche beide Seiten miteinander verbinden. Ferner können die primärseitige Schaltungsanordnung 12 und die sekundärseitige Schaltungsanordnung 14 weitere Bauteile, Elemente, Leitungen sowie Einheiten aufweisen, welche für den Betrieb eines elektronischen Geräts notwendig bzw. vorgesehen sind.
Die primärseitige Schaltungsanordnung 12 weist einen Netzstecker 16 auf, welcher über einen Ein-/Ausschalter 18 das elektronische Gerät mit Spannung versorgt. Bei dem in 1 gezeigten Zustand ist der Ein-/Ausschalter 18 in seiner geöffneten Stellung dargestellt, so dass keine Spannungsversorgung für das elektronische Gerät vorliegt und sich das elektronische Gerät auch nicht in einem Standby-Zustand befindet. Ferner kann in diesem Zustand auch keine Detektion eines Aufwecksignals durchgeführt werden. Ein solcher Ein-/Ausschalter 18 wird in der Regel dann betätigt bzw. in den geöffneten Zustand verbracht, wenn das elektronische Gerät für längere Zeit nicht betrieben werden soll. Befindet sich der Ein-/Ausschalter 18 in seiner geschlossenen Stellung, so erfolgt über den Netzstecker 16 eine Spannungsversorgung für das elektronischen Gerät.
Eine Filtereinrichtung 28 dient zur Bereitstellung der für den Betrieb des elektronischen Geräts auf der Sekundärseite mit der sekundärseitigen Schaltungsanordnung 14 erforderlichen Leistung. Dazu weist die Filtereinrichtung 28 eine Schaltung zur Leistungsfaktorerhöhung sowie einen Netzfilter auf. Die Filtereinrichtung 28 ist mit einem Schaltmittel 32 verbunden, welches im geschlossenen Zustand eine Verbindung zwischen einem Zusatznetzteil 30 und der Spannungsversorgung über den Netzstecker 16 bereitstellt. Das Schaltmittel 32 wird von einer Recheneinheit 24 gesteuert, welche eine Schaltung 26 aufweist. Die Schaltung 26 kann als Teil der Recheneinheit 24 ausgebildet sein. Hierzu ist es denkbar, die Recheneinheit 24 und die Schaltung 26 beispielsweise in einem Mikroprozessor zu integrieren. Über die Kondensatoren 36 erfolgt eine Stromversorgung der Recheneinheit 24 und der Schaltung 26.
Die Schaltung 26 dient zur Rekonstruktion eines Aufwecksignals, welches über einen ersten Kondensator 38 zumindest teilweise bzw. anteilig übertragen wird, wobei der Kondensator 38 einen kleinen kapazitiven Wert aufweist und vorzugsweise als Y-Kondensator ausgebildet ist. Ein solcher Y-Kondensator hält die Anforderungen zur sicheren Netztrennung zwischen der primärseitigen Schaltungsanordnung 12 und der sekundärseitigen Schaltungsanordnung 14 ein.
Das Zusatznetzteil 30, welches ebenso die für den Betrieb auf der sekundärseitigen Schaltungsanordnung 14 erforderliche Spannung bereitstellt, ist mit einer Steuereinheit 34 verbunden, welche wiederum mit einer RS232-Schnittstelle 22 und mit dem ersten Kondensator 38 verbunden ist.
Über die auf der sekundärseitigen Schaltungsanordnung 14 zugehörige RS232-Schnittstelle 22 wird ein Aufwecksignal, welches von einer Signalleitung 20 übertragen wird, empfangen (R_X). Die dem Aufwecksignal entsprechende Spannung liegt dann an dem ersten Kondensator 38 an. Durch die Ausgestaltung des Kondensators 38 (kleiner kapazitiver Wert) werden nur die hochpassgefilterten Anteile des Aufwecksignals (Hochpassinformationen) auf die primärseitige Schaltungsanordnung 12 übertragen. Diese Hochpassinformationen werden durch die Schaltung 26 zu dem ursprünglich von der RS232-Schnittstelle 22 empfangenen Aufwecksignal rekonstruiert, wobei die Recheneinheit 24 in Abhängigkeit des rekonstruierten Aufwecksignals das Schaltmittel 32 leitend schaltet. Ist das Schaltmittel 32 leitend geschaltet worden, so liegt bei einer elektrischen Verbindung von dem Netzstecker 16 über den Ein-/Ausschalter 18 die für den Betrieb des elektronischen Geräts notwendige Energie für die sekundärseitige Schaltungsanordnung 14 vor. Nachdem das Schaltmittel 32 leitend geschaltet worden ist, können weitere Informationen bzw. Signale von der Signalleitung 20 durch die Steuereinheit 34 verarbeitet werden, wodurch eine bidirektionale Kommunikation (über Sendeleitung T_X und Empfangsleitung R_X) ermöglicht wird.
Wird beispielsweise mittels einer Fernbedienung das elektronische Gerät ausgeschaltet bzw. in den Standby-Zustand versetzt, wird über die Recheneinheit 24 das Schaltmittel 32 geöffnet, so dass die Verbindung von dem Netzstecker 16 zu der sekundärseitigen Schaltungsanordnung 14 bzw. der Steuereinheit 34 unterbrochen ist. Anschließend befindet sich das elektronische Gerät solange im Standby-Zustand, bis erneut ein Aufwecksignal detektiert und das Schaltmittel 32 leitend geschaltet wird oder der Ein-/Ausschalter 18 in den geöffneten Zustand verbracht wird.
2 zeigt schematisch eine Recheneinheit 24 mit einer Schaltung 26. Die Schaltung 26 kann als Bestandteil der Recheneinheit 24 ausgebildet sein. Ein durch den ersten Kondensator 38 hochpassgefiltertes Aufwecksignal wird mit einer einstellbaren Gleichspannung U1, welche von der Recheneinheit 24 über einen Widerstand 40 zu dem hochpassgefilterten Aufwecksignal addiert wird, einem Filter 42 zugeführt. Der Filter 42 ist ebenso von der Recheneinheit 24 ansteuerbar, veränderbar und führt das hochpassgefilterte und in dem Filter 42 gefilterte Aufwecksignal Verstärkern 44 und 46 zu. Einstellbare Schwellwerte U2, U3, die durch die Recheneinheit 24 bereitgestellt werden, dienen als Referenzspannungen für die Operationsverstärker 44, 46. Die Schwellwerte U2, U3 können von der Recheneinheit 24 verändert werden.
Die Ausgänge der Verstärker 44 und 46 dienen zum Setzen und Rücksetzen eines Flip-Flops 48, welches an dem Ausgang Q das rekonstruierte Aufwecksignal bereitstellt. Die Schwellwerte und die einstellbare Gleichspannung bzw. der Filter 42 sind so ausgebildet und so eingestellt, dass der Ausgang Q des Flip-Flops 48 das Vorliegen eines Aufwecksignals der Recheneinheit 24 übermittelt, wenn tatsächlich ein Aufwecksignal über die RS232-Schnittstelle 22 von der Signalleitung 22 übertragen wird. Hierzu wird an dem Ausgang Q des Flip-Flops 48 ein Signal ausgegeben, welches dem von der RS232-Schnittstelle 22 empfangenen Aufwecksignal entspricht. Zumindest wird an dem Ausgang Q ein Signal bzw. ein Spannungswert entsprechend dem Signal bzw. Spannungswert des ursprünglichen Aufwecksignals ausgegeben.
Die 3 und 4 zeigen hierzu ein Ersatzschaltbild einer Schaltung 26 sowie die Signalverläufe in einer Schaltung zur Rekonstruktion eines Aufwecksignals und die Rekonstruktion eines Aufwecksignals.
Der Kondensator C1 repräsentiert den ersten Kondensator 38. Die Widerstände R2 und R3 repräsentieren einen Abschlusswiderstand der Schaltung. Die restlichen Widerstände R1 und R4 bis R10 der Schaltung berücksichtigen zusätzlich auch die Leitungswiderstände der Schaltung. X1 und X2 repräsentieren die Verstärker 44 und 46.
4 zeigt schematisch und beispielhaft die Signalverläufe (Spannungsverläufe) bei der Schaltung 26 zur Rekonstruktion eines Aufwecksignals unter Bezugnahme der in den 2 und 3 dargestellten Schaltungen.
Ein Aufwecksignal weist beispielhaft einen rechteckförmigen Verlauf auf, wobei in einem ersten bestimmten Zeitabschnitt ein Aufwecksignal vorliegt (hoher Pegel) und kein Aufwecksignal vorliegt (niedriger Pegel). Die Dauer der Pegel ist in etwa gleich und die Abfolge wiederholt sich in jedem Zeitabschnitt. Durch den ersten Kondensator 38 (C1) wird das Aufwecksignal auf die Primärseite übertragen und einer Hochpassfilterung unterzogen, so dass auf der Primärseite ein hochpassgefiltertes Aufwecksignal mit einem Signalverlauf, wie dargestellt, vorliegt.
Die Verstärkung über die Operationsverstärker 44, 46 (X1, X2) erzeugt dabei Signalverläufe am Ausgang Q des Flip-Flops 48, welche dem tatsächlichen Vorliegen bzw. Nicht-Vorliegen des Aufwecksignals entsprechen.
So liegt ein Set-Signal mit einem hohen Pegel in der ersten Hälfte des bestimmten Zeitabschnitts vor, in welchem das Aufwecksignal einen hohen Pegel aufweist. Liegt hingegen kein Aufwecksignal mehr vor (niedriger Pegel), so liegt ein Reset-Signal mit einem hohen Pegel vor. Entsprechend erhält die Recheneinheit 24 die Information des Vorliegens eines Aufwecksignals und stellt über das Schaltmittel 32 eine elektrische Verbindung her. Empfängt die Recheneinheit 24 ein Reset-Signal, so wird über die Recheneinheit das Schaltmittel 32 in seinen geöffneten Zustand verbracht und die elektrische Verbindung unterbrochen. Um die elektrische Verbindung durch das Schaltmittel 32 nicht zu unterbrechen, wenn kein Aufwecksignal mehr empfangen wird, wobei dieses nur für einen bestimmten Zeitraum zur Aktivierung des elektronischen Geräts übertragen wird, kann die Recheneinheit 24 das Schaltmittel 32 nur dann wieder in den geöffneten Zustand versetzen, wenn bspw. über eine Fernbedienung und eine entsprechende Empfangseinrichtung oder andere entsprechende Mittel ein „Öffnen“-Signal (Trennen der elektrischen Verbindung) empfangen wird. Das Reset-Signal kann hierbei auch nur in Verbindung mit anderen Signalen zu bestimmten Ereignissen durch die Recheneinheit 24 führen.
5 zeigt schematisch eine weitere Schaltungsanordnung 60, welche eine primärseitige Schaltungsanordnung 62 und eine sekundärseitige Schaltungsanordnung 64 aufweist. Die mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Teile von 5 entsprechen im Wesentlichen den bereits in Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Teilen und Einheiten. Jedoch weist die Schaltungsanordnung 60 eine LAN-Schnittstelle 66 auf, welche Signale von einer Signalleitung 80 (Datenbus) erhält.
Eine Rekonstruktionseinrichtung 74, welche analog zu der Schaltung 26 zur Rekonstruktion eines Aufwecksignals ausgebildet ist, kann analog zu der Recheneinheit 24 von 1 ein Bestandteil der Recheneinheit 72 sein. Die Recheneinheit 72 schaltet beim Vorliegen eines Aufwecksignals, welches von der Rekonstruktionseinrichtung 74 rekonstruiert wurde, das Schaltmittel 32 leitend, so dass eine Verbindung von dem Netzstecker 16 bei einem eingeschalteten Ein-/Ausschalter 18 zu der sekundärseitigen Schaltungsanordnung 14 vorliegt. Die Recheneinheit 72 und die Rekonstruktionseinrichtung 74 werden über Kondensatoren 36 mit Strom versorgt, wobei eine Aufladung der Kondensatoren 36 nur in dem eingeschalteten Zustand des Ein-/Ausschalters 18 möglich ist.
Wie in 5 angedeutet, ist bei einem LAN-Aufweckereignis die Sendeleitung (T_X) von der LAN-Schnittstelle 66 zu der Steuereinheit 34 und die Empfangsleitung (R_X-Abhörleitung) zu einem ersten Kondensator 68 und einem zweiten Kondensator 70 impedanzkontrolliert abzuschließen. Gleiches gilt für die Verbindung von dem ersten Kondensator 68 und dem zweiten Kondensator 70 zu der Rekonstruktionseinrichtung 74. Wird über die Signalleitung 80 ein Aufwecksignal übermittelt und dies über die LAN-Schnittstelle 66 sowie über den ersten Kondensator 68 und den zweiten Kondensator 70 an die Rekonstruktionseinrichtung 74 übertragen, so wird zur Detektion des Aufweck-Ereignisses über einen Physical-Layer und einen MAC-Layer der Rekonstruktionseinrichtung 74 das Aufwecksignal rekonstruiert. Der Physical-Layer und der MAC-Layer müssen bei der Rekonstruktionseinrichtung 74 vorgesehen sein, um eine Adresse im Internet-Protokoll detektieren zu können. Der Physical-Layer und der MAC-Layer können, wie in 5 schematisch angedeutet, separate Bausteine, z.B. LAN-SWITCH sein, oder in einem Mikroprozessor angeordnet sein oder eine Kombination aus beiden sein. Hierzu kann eine Kombination der Recheneinheit 72 und der Rekonstruktionseinrichtung 74 vorliegen.
Zur impedanzkontrollierten Leistungsführung ist ferner ein Hochfrequenzrelais 76 in der sekundärseitigen Schaltungsanordnung 64 vorgesehen, welches bei einem leitend geschalteten Schaltmittel 32 die elektrische Verbindung von der LAN-Schnittstelle 66 zu dem ersten Kondensator 68 und dem zweiten Kondensator 70 trennt und umschaltet, so dass eine Verbindung von der LAN-Schnittstelle 66 zu der Steuereinheit 34 vorliegt. Solange das Schaltmittel 32 geschlossen ist, wird das Hochfrequenzrelais 76 in der in 5 gestrichelt dargestellten Schaltstellung gehalten und erst dann wieder in die mit einer durchgezogenen Linie dargestellte Schaltstellung von 5 verbracht, wenn das Schaltmittel 32 den in 5 dargestellten Zustand (geöffnet) aufweist. Das Hochfrequenzrelais 76 schaltet daher beim Zuschalten der Steuereinheit 34 die Leitung von der primärseitigen Schaltungsanordnung 62 zu der Steuereinheit 34 um.
6 zeigt schematisch eine weitere Schaltungsanordnung 90. Die Schaltungsanordnung 90 entspricht im Wesentlichen der in 5 gezeigten und mit Bezug auf 5 beschriebenen Schaltungsanordnung 60. Die Schaltungsanordnung 90 weist eine primärseitige Schaltungsanordnung 92 und eine sekundärseitige Schaltungsanordnung 94 auf, wobei in der sekundärseitigen Schaltungsanordnung 94 anstelle des Hochfrequenzrelais 76 ein Splitter 96 vorgesehen ist. Der Splitter 96 ist in dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ein passiver Splitter, beispielsweise ein sog. Wilkinson Splitter. Der Splitter 96 ist mit der LAN-Schnittstelle 66 sowie der Steuereinheit 34 und mit dem ersten Kondensator 68 und dem zweiten Kondensator 70 verbunden.
Das eingehende Signal von der Schnittstelle 66, welche über eine Signalleitung 100 ein Aufwecksignal empfängt, wird über den Splitter 96 aufgeteilt und sowohl über den ersten Kondensator 68 und den zweiten Kondensator 70 der Rekonstruktionseinrichtung 74 als auch der Steuereinheit 34 zugeführt. Eine Dämpfung des Signals durch den Splitter 96 wird durch die Rekonstruktionseinrichtung 74 kompensiert, da die Rekonstruktionseinrichtung 74 dazu ausgelegt und dafür vorgesehen ist, ein gefiltertes und gedämpftes Signal zu rekonstruieren. Hierzu ist entsprechend der Ausgestaltung des Splitters 96 bzw. der Dämpfung durch den Splitter 96 die Verstärkung durch die Rekonstruktionseinrichtung 74 einzustellen.
Das Aufwecksignal liegt auch an der Steuereinheit 34 an, wird durch die Steuereinheit 34 jedoch nicht verarbeitet, da die Steuereinheit 34 erst aktiviert wird, wenn über die Rekonstruktionseinrichtung 74 ein Aufwecksignal empfangen und als solches erkannt worden ist. Liegt ein Aufwecksignal vor, so wird das Schaltmittel 32 so geschaltet, dass eine Verbindung zwischen der Filtereinrichtung 28 und dem Zusatznetzteil 30 hergestellt wird. Anschließend wird die Steuereinheit 34 mit Strom versorgt, wobei Steuersignale über die Empfangsleitung (T_X) empfangen und verarbeitet werden können.
Die hierin beschriebenen Schaltungsanordnungen 10, 60, 90 und die Verfahren zum Betrieb dieser ermöglichen sowohl für eine RS232-Schnittstelle 22 als auch für eine LAN-Schnittstelle 66 eine deutliche Leistungsreduzierung gegenüber bekannten Systemen. Bei der in den 1 und 2 gezeigten Schaltungsanordnung 10 ist hierbei eine Leistungsaufnahme von ca 5 mW möglich, wobei im Stand der Technik mehrere 100 mW benötigt werden. Die in den 5 und 6 dargestellten Schaltungsanordnungen 60 und 90 weisen eine Leistungsaufnahme von ca 100 mW auf, wobei bisher bekannte Schaltungsanordnungen aus dem Stand der Technik einige Watt benötigen.
Die hohe Leistungsaufnahme der Schaltungsanordnungen aus dem Stand der Technik beruht oftmals auf der Verwendung von sog. Optokopplern zur Übertragung eines Aufwecksignals von der Sekundärseite auf die Primärseite. Die Übertragung des Aufwecksignals wird bei der vorliegenden Erfindung jedoch über die Kondensatoren 38 bzw. 68 und 70 erreicht, welche nur eine geringe Leistung benötigen. Die Kondensatoren 38, 68 und 70 dienen jedoch auch als Hochpassfilter, so dass das Aufwecksignal auf der primärseitigen Schaltungsanordnung 12, 62, 92 durch eine Rekonstruktionseinrichtung/-schaltung (siehe z.B. 2 und dazu gehörige Figurenbeschreibung) wiederhergestellt werden muss.
Bei den in den 5 und 6 gezeigten Schaltungsanordnungen 60, 90 kann das Schaltmittel 32 auch vor der Filtereinrichtung 28 anstatt vor dem Zusatznetzteil 30 angeordnet sein. Ebenso kann anstelle der beiden Kondensatoren 36 bei den Schaltungsanordnungen 60, 90 nur ein Kondensator verwendet werden, welcher zur Stromversorgung der Recheneinheit 72 und der Rekonstruktionseinrichtung 74 dient. Dies gilt insbesondere bei Ausführungsformen, in welchen die Recheneinheit 72 und die Rekonstruktionseinrichtung 74 als Einheit ausgebildet sind.
Bezugszeichenliste

10: Schaltungsanordnung
12: primärseitige Schaltungsanordnung
14: sekundärseitige Schaltungsanordnung
16: Netzstecker
18: Ein-/Ausschalter
20: Signalleitung
22: RS232-Schnittstelle
24: Recheneinheit
26: Schaltung
28: Filtereinrichtung
30: Zusatznetzteil
32: Schaltmittel
34: Steuereinheit
36: Kondensator
38: erster Kondensator
40: Widerstand
42: Filter
44: Verstärker
46: Verstärker
48: Flip-Flop
60: Schaltungsanordnung
62: primärseitige Schaltungsanordnung
64: sekundärseitige Schaltungsanordnung
66: LAN-Schnittstelle
68: erster Kondensator
70: zweiter Kondensator
72: Recheneinheit
74: Rekonstruktionseinrichtung
76: Hochfrequenzrelais
80: Signalleitung
90: Schaltungsanordnung
92: primärseitige Schaltungsanordnung
94: sekundärseitige Schaltungsanordnung
96: Splitter
100: Signalleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010032513 A1 [0003]
DE 10106132 A1 [0004]

Claims

Schaltungsanordnung zum Ändern des Betriebszustands eines elektronischen Geräts, aufweisend eine primärseitige Schaltungsanordnung (12; 62; 92), aufweisend eine Verbindung zu einer Spannungsquelle und eine Recheneinheit (24; 72), wobei die Recheneinheit (24; 72) mit einer Einrichtung zur Rekonstruktion eines Aufwecksignals und einem Schaltmittel (32) und das Schaltmittel (32) über die Verbindung mit der Spannungsquelle verbunden sind, eine sekundärseitige Schaltungsanordnung (14; 64; 94), aufweisend eine Schnittstelle (22; 66) und eine Steuereinheit (34), wobei die Schnittstelle (22; 66) mit der Steuereinheit (34) und mit der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals und die Steuereinheit (34) mit dem Schaltmittel (32) verbunden sind, wobei die Schnittstelle (22; 66) mit der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals über mindestens einen ersten Kondensator (38; 68; 70) verbunden ist, so dass ein über die Schnittstelle (22; 66) übertragenes Aufwecksignal über den ersten Kondensator (38; 68; 70) gefiltert und an die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals übertragen wird, wobei das gefilterte Aufwecksignal durch die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals rekonstruiert wird und die Recheneinheit das Schaltmittel (32) in Abhängigkeit des rekonstruierten Aufwecksignals schaltet.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Recheneinheit (24; 72) über kapazitive Spannungsteiler (36) mit der Spannungsquelle verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals eine Schaltung (26) ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schnittstelle eine RS232-Schnittstelle (22) ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals einen Physical Layer und einen MAC-Layer umfasst.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei die Schnittstelle mit der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals über zwei Kondensatoren (68, 70) verbunden ist und die zwei Kondensatoren (68, 70) über ein Hochfrequenzrelais (76) mit der Schnittstelle verbunden sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals und die Recheneinheit (72) über kapazitive Spannungsteiler (36) mit der Spannungsquelle verbunden sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Schnittstelle eine LAN-Schnittstelle (66) ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Zusatznetzteil (30) zwischen dem Schaltmittel (32) und der Steuereinheit (34) des elektronischen Geräts angeordnet ist und das Schaltmittel (32) und die Steuereinheit (34) mit dem Zusatznetzteil (30) verbunden sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zwischen der Spannungsquelle und dem Schaltmittel (32) eine Filtereinrichtung (28) angeordnet ist und das Schaltmittel (32) und die Spannungsquelle mit der Filtereinrichtung (28) verbunden sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, wobei die Filtereinrichtung (28) eine Schaltung zur Leistungsfaktorerhöhung aufweist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5, 7 bis 11, wobei die Schnittstelle (66) über einen Splitter (96) mit der Steuereinheit (34) und der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals verbunden ist.
Verfahren zum Ändern des Betriebszustands eines elektronischen Geräts, aufweisend eine primärseitige Schaltungsanordnung (12; 62; 92) mit einer Verbindung zu einer Spannungsquelle und einer Recheneinheit (24; 72), wobei die Recheneinheit (24; 72) mit einer Einrichtung zur Rekonstruktion eines Aufwecksignals und einem Schaltmittel (32) und das Schaltmittel (32) über die Verbindung mit der Spannungsquelle verbunden sind, eine sekundärseitige Schaltungsanordnung (14; 64; 94) mit einer Schnittstelle (22; 66) und einer Steuereinheit (34), wobei die Schnittstelle (22; 66) mit der Steuereinheit (34) und mit der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals und die Steuereinheit (34) mit dem Schaltmittel (32) verbunden sind, wobei die Schnittstelle (22; 66) mit der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals über mindestens einen ersten Kondensator (38; 68; 70) verbunden ist, und wobei ein über die Schnittstelle (22; 66) übertragenes Aufwecksignal über den mindestens einen ersten Kondensator (38; 68; 70) gefiltert und an die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals übertragen wird, wobei das gefilterte Aufwecksignal durch die Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals rekonstruiert wird und die Recheneinheit (24; 72) das Schaltmittel (32) in Abhängigkeit des rekonstruierten Aufwecksignals schaltet.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei in der Einrichtung zur Rekonstruktion des Aufwecksignals eine einstellbare Gleichspannung zu dem gefilterten Aufwecksignal addiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das gefilterte und mit der einstellbaren Gleichspannung (U1) addierte Aufwecksignal gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das mit der einstellbaren Gleichspannung (U1) addierte Aufwecksignal in Abhängigkeit einstellbarer Spannungsschwellwerte (U2, U3) gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Hochfrequenzrelais (76) die Verbindung zwischen dem mindestens einen ersten Kondensator (68), einem zweiten Kondensator (70) und der Schnittstelle (66) trennt und eine Verbindung zwischen der Schnittstelle (66) und der Steuereinheit (34) herstellt, wenn das Schaltmittel (32) die Steuereinheit (34) mit der Spannungsquelle verbindet.