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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe mit einem Mikroprozessor, welcher in einem Diagnosemodus betrieben werden kann. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Diagnose der elektronischen Baugruppe.
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In der
DE 196 22 009 A1 werden verschiedene Verfahren zum Testen von elektronischen Baugruppeneinheiten und Verbindungen zwischen den Baugruppen genannt, u. a. der so genannte Boundary-Scan, der Board-Self-Test und der In-Circuit-Test (ICT). Der Boundary-Scan und der In-Circuit-Test erfolgen mithilfe eines Nadeladapters, mit welchem bestimmte Kontakte auf der elektronischen Baugruppeneinheit kontaktiert werden. Die Verwendung eines Nadeladapters ist aufwändig und erfordert eine Öffnung des Gehäuses der elektronischen Baugruppeneinheit.
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Die
DE 197 40 543 C1 zeigt ein Verfahren zum Testen eines integrierten Schaltkreises. Bei diesem Verfahren werden in der Entwurfsphase bei der Simulation der Funktionsweise auf einer Datenverarbeitungsanlage Daten an den Anschlüssen des Schaltkreises gespeichert. Aus diesen Daten werden Testdaten erzeugt, welche dann beim Test des gefertigten Schaltkreises in einem Testautomaten verwendet werden.
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Aus der
DE 41 24 708 A1 ist eine Einrichtung zum Prüfen von miteinander verbundenen elektronischen Komponenten einer Baugruppe bekannt. Die Komponenten umfassen einen Mikroprozessor, in welchem ein Prüfprogramm enthalten ist. Das Prüfprogramm veranlasst den Mikroprozessor zum Erzeugen von Testvektoren und zur Überprüfung der aufgrund der Testvektoren abgegebenen Testantwort.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, den Aufwand für die Diagnose von elektronischen Baugruppen zu senken. Der reguläre Betrieb der elektronischen Baugruppen soll hierdurch nicht eingeschränkt werden.
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Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine elektronische Baugruppe gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 9.
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Bei der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe kann es sich beispielsweise um eine bestückte Leiterplatte, um ein elektronisches Modul oder auch um ein elektronisches Gerät handeln. Die elektronische Baugruppe kann ein Gehäuse umfassen oder auch in anderer Form abgekapselt sein. Jedenfalls umfasst die elektronische Baugruppe mehrere elektronische Bauelemente, beispielsweise passive und aktive elektronische Bauelemente, Sensoren, Schaltelemente oder auch Spannungsquellen. Die elektronischen Bauelemente sind innerhalb der elektronischen Baugruppe miteinander elektrisch verschaltet. Auch weist die elektronische Baugruppe einige nach außerhalb der elektronischen Baugruppe geführte elektrische Anschlüsse zum Betrieb der elektronischen Baugruppe auf. Über diese elektrischen Anschlüsse kann u. a. eine Versorgungsspannung zum Betrieb der elektronischen Baugruppe angelegt werden oder auch Daten zum Datentransport in bzw. aus der elektronischen Baugruppe geführt werden. Die elektronische Baugruppe ist dafür vorgesehen, im regulären Betrieb eine originäre Funktionalität zu realisieren. Bei dieser Funktionalität kann es sich beispielsweise um die Durchführung von Messungen, Steuerungen, Regelungen oder auch die Realisierung von Nutzerschnittstellen handeln. Die elektronische Baugruppe ist dazu ausgebildet, für den regulären Betrieb der elektronischen Baugruppe mit einer Versorgungsspannung in einem Nennspannungsbereich versorgt zu werden. Im regulären Betrieb der elektronischen Baugruppe wird die vorgesehene Funktionalität realisiert. Die Versorgungspannung im Nennspannungsbereich ist notwendig, um die elektronische Baugruppe bestimmungsgemäß zu betreiben. Bei der Versorgungsspannung handelt es sich insbesondere um mindestens eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung mit einem definierten absoluten Spannungswert, beispielsweise eine Gleichspannung von 12 V. Der Nennspannungsbereich beschreibt die zulässige Toleranz der Versorgungsspannung, beispielsweise (12 ± 1) V oder (11,8 ... 14,2) V. Der Nennspannungsbereich kann ggf. auch lediglich durch eine untere Grenze definiert und nach oben offen sein. Sobald die zur Versorgung der elektronischen Baugruppe an der elektronischen Baugruppe anliegende Spannung sich im Nennspannungsbereich befindet, muss ein regulärer Betrieb der elektronischen Baugruppe für die vorgesehene Funktionalität möglich sein.
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Die elektronische Baugruppe umfasst mindestens einen innerhalb der Schaltung verschalteten Mikroprozessor. Der Mikroprozessor dient gemeinsam mit den übrigen elektronischen Bauelementen der elektronischen Baugruppe zur Ausführung bzw. Gewährleistung der vorgesehenen Funktionalität der elektronischen Baugruppe. Der Mikroprozessor kann beispielsweise auch als Mikrocontroller ausgebildet sein. Der Mikroprozessor verfügt über mehrere Anschlüsse, welche zumindest teilweise mittelbar oder unmittelbar mit einigen der elektrischen Anschlüsse der elektronischen Baugruppe an der Peripherie der elektronischen Baugruppe elektrisch verbunden sind. Die Spannungsversorgung des Mikroprozessors erfolgt über elektrische Anschlüsse der elektronischen Baugruppe an der Peripherie der elektronischen Baugruppe.
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Erfindungsgemäß ist der Mikroprozessor dazu konfiguriert, bei Versorgung der elektronischen Baugruppe mit einer angelegten Versorgungsspannung unterhalb des Nennspannungsbereiches in einen Diagnosemodus zu wechseln. Der Diagnosemodus dient zur Selbstdiagnose des Mikroprozessors und/oder der elektronischen Baugruppe. Die Diagnose stellt nicht die originäre Funktionalität der elektronischen Baugruppe dar, sondern dient letztlich der Prüfung der originären Funktionalität der elektronischen Baugruppe. Der Mikroprozessor ist weiterhin dazu konfiguriert, im Diagnosemodus Diagnosedaten über einen Datenausgang des Mikroprozessors auszugeben. Bei den Diagnosedaten handelt es sich um Daten über den Mikroprozessor und/oder über die elektronische Baugruppe. Die Diagnosedaten können bereits beim Wechsel in den Diagnosemodus vorliegen oder sie können erst während des Diagnosemodus generiert werden. Beispielsweise können die Diagnosedaten in einer Log-Datei gespeichert sein und im vorherigen Betrieb der elektronischen Baugruppe generiert worden sein. Auch kann es sich bei den Diagnosedaten um Daten aus der Fertigung des Mikroprozessors und/oder der elektronischen Baugruppe handeln, beispielsweise Herstellungsdatum, Produzent, Seriennummer, Softwareversion.
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Die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe umfasst weiterhin einen elektrischen Anschluss an der Peripherie der elektronischen Baugruppe, welcher mit dem Datenausgang des Mikroprozessors elektrisch verbunden ist. Dieser elektrische Anschluss zeichnet sich dadurch aus, dass er nach außerhalb der elektronischen Baugruppe geführt ist und somit nicht lediglich ein innerhalb der Verschaltung der elektronischen Baugruppe liegender Anschluss ist. Es handelt sich bei diesem elektrischen Anschluss um einen Anschluss zur Datenübertragung, welcher einen Datenausgang der elektronischen Baugruppe darstellt. Die elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Anschluss an der Peripherie der elektronischen Baugruppe und dem Datenausgang des Mikroprozessors kann mittelbar oder unmittelbar ausgeführt sein. Jedenfalls ist die elektrische Verbindung geeignet, dass die am Datenausgang des Mikroprozessors ausgegebenen Daten über den elektrischen Anschluss an der Peripherie an der elektronischen Baugruppe ausgegeben werden können. Der elektrische Anschluss kann beispielsweise in Form eines Stiftes (Pin) ausgebildet sein, welcher einzeln oder innerhalb einer Steckerleiste angeordnet ist. Auch kann der elektrische Anschluss in Form einer Kupplung oder einer Buchse ausgebildet sein. Der elektrische Anschluss kann auch in Form einer nach außerhalb der elektronischen Baugruppe geführten Leiterbahn auf einer Leiterplatte der elektronischen Baugruppe ausgebildet sein. Jedenfalls ist es nicht nötig, ein Gehäuse oder eine andere Art der Verkapselung der elektronischen Baugruppe zu öffnen, um ein die Diagnosedaten empfangendes Gerät an die elektronische Baugruppe anzuschließen. Der elektrische Anschluss an der Peripherie der elektronischen Baugruppe zur Ausgabe der Diagnosedaten kann im regulären Betrieb der elektronischen Baugruppe eine andere Funktion besitzen.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe besteht darin, dass zum Auslesen von Diagnosedaten keine baugruppeninternen Kontakte oder Anschlüsse abgegriffen werden müssen. Der Einsatz eines Nadeladapters für einen In-Circuit-Test ist nicht erforderlich. Auch ist es nicht erforderlich, ein Gehäuse oder andere Abdeckungen zu entfernen, um die Diagnosedaten auszulesen.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe besteht darin, dass sie keine Prüfpunkte für In-Circuit-Tests aufweisen muss.
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Der Mikroprozessor ist bevorzugt dazu konfiguriert, bei Versorgung der elektronischen Baugruppe mit einer Versorgungsspannung unterhalb des Nennspannungsbereiches in den Diagnosemodus zu wechseln, sobald die anliegende Versorgungsspannung über eine Mindestzeitdauer hinweg unterhalb des Nennspannungsbereiches liegt. Hierdurch wird ausgeschlossen, dass der Mikroprozessor bereits dann in den Diagnosemodus wechselt, wenn es zu einer ungewollten kurzen Unterbrechung in der Spannungsversorgung kommt oder auch beim Einschalten der Versorgungsspannung.
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Der Mikroprozessor ist bevorzugt dazu konfiguriert, bei Versorgung der elektronischen Baugruppe mit einer anliegenden Versorgungsspannung innerhalb eines unterhalb des Nennspannungsbereiches liegenden Unterspannungsbereiches in den Diagnosemodus zu wechseln. Der Unterspannungsbereich definiert einen Spannungsbereich, welcher vollständig unterhalb des Nennspannungsbereiches liegt. Der Unterspannungsbereich ist durch einen minimalen Spannungswert und durch einen maximalen Spannungswert der Unterspannung gekennzeichnet. Durch den Unterspannungsbereich ist definiert, wie groß und wie klein die anliegende Versorgungsspannung sein kann, damit der Mikroprozessor in den Diagnosemodus wechselt.
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Der Mikroprozessor ist bevorzugt dazu konfiguriert, bei Versorgung der elektronischen Baugruppe mit einer anliegenden Versorgungsspannung innerhalb des Unterspannungsbereiches in den Diagnosemodus zu wechseln, sobald die anliegende Versorgungsspannung über eine Mindestzeitdauer hinweg im Unterspannungsbereich liegt. Bei dieser Ausführungsform ist sowohl ein Zeitfenster, als auch ein Spannungsfenster definiert, welche als Kriterien für den Wechsel in den Diagnosemodus dienen.
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Der Mikroprozessor ist bevorzugt dazu konfiguriert, bei zunächst gegebener Versorgung der elektronischen Baugruppe mit einer anliegenden Versorgungsspannung innerhalb des Unterspannungsbereiches ohne einen Wechsel in den Diagnosemodus unmittelbar in den regulären Betrieb zu wechseln, wenn die anliegende Versorgungsspannung innerhalb der Mindestzeitdauer vom Unterspannungsbereich in den Nennspannungsbereich steigt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die elektronische Baugruppe beim Zuschalten der Versorgungsspannung zum Betreiben der elektronischen Baugruppe nicht kurzzeitig im Diagnosemodus arbeitet.
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Der Mikroprozessor ist bevorzugt dazu konfiguriert, aus dem regulären Betrieb nicht in den Diagnosemodus zu wechseln; unabhängig von der Größe der angelegten Versorgungsspannung.
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Die Mindestzeitdauer beträgt bevorzugt mindestens 2 ms, weiter bevorzugt mindestens 100 ms. Besonders bevorzugt beträgt die Mindestzeitdauer zwischen 5 ms und 15 ms.
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Der Nennspannungsbereich schließt sich bevorzugt unmittelbar an den Unterspannungsbereich an. Folglich gibt es keine Differenz zwischen der maximalen Spannung des Unterspannungsbereiches und der minimalen Spannung des Nennspannungsbereiches. Hierdurch sind undefinierte Zustände zwischen dem regulären Betrieb der elektronischen Baugruppe und dem Diagnosemodus ausgeschlossen.
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Bei alternativen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe ist zwischen dem Nennspannungsbereich und dem Unterspannungsbereich eine Spannungsdifferenz gegeben. Hierdurch ist die Entscheidung zwischen dem regulären Betrieb und dem Diagnosemodus erleichtert.
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Die untere Grenze des Unterspannungsbereiches ist bevorzugt durch denjenigen Wert der Versorgungsspannung gebildet, welcher zumindest für eine partielle Funktion des Mikroprozessors erforderlich ist. Hierdurch kann der Spannungsbereich unterhalb des Nennspannungsbereiches vollständig zur Versorgung im Diagnosemodus verwendet werden.
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Der mit dem Datenausgang des Mikroprozessors verbundene elektrische Anschluss an der Peripherie der elektronischen Baugruppe ist bevorzugt ausschließlich zur Übertragung von Diagnosedaten ausgebildet. Folglich hat dieser elektrische Anschluss im regulären Betrieb der elektronischen Baugruppe keine Funktion.
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Bei alternativen bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe ist der Mikroprozessor dazu konfiguriert, beim Wechsel in den Diagnosemodus einen Ausgang der elektronischen Baugruppe an der Peripherie der elektronischen Baugruppe als Datenausgang zur Übertragung der Diagnosedaten umzukonfigurieren. Dieser Ausgang weist im regulären Betrieb der elektronischen Baugruppe eine einzelne Funktion innerhalb der originären Funktionalität der elektronischen Baugruppe auf. Dieser Anschluss besitzt somit eine Doppelfunktion. Folglich kann auf einen besonderen Anschluss an der Peripherie der elektronischen Baugruppe zur Ausgabe der elektronischen Diagnosedaten verzichtet werden.
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Die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe kann auch mehrere elektrische Anschlüsse an der Peripherie der elektronischen Baugruppe aufweisen, welche im Diagnosemodus der Ausgabe von Diagnosedaten dienen und mit einen oder mehreren Datenausgängen des Mikroprozessors elektrisch verbunden sind.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe ist der Mikroprozessor dazu konfiguriert, beim Wechsel in den Diagnosemodus einen oder mehrere Anschlüsse des Mikroprozessors zu aktivieren oder umzukonfigurieren, um Diagnoseabläufe unter Einbeziehung weiterer Komponenten der elektrischen Baugruppe zu ermöglichen. Die zu aktivierenden bzw. umzukonfigurierenden Anschlüsse des Mikroprozessors weisen jeweils eine Einzelfunktion im regulären Betrieb der elektronischen Baugruppe auf. Die in die Diagnoseabläufe eingebundenen weiteren Komponenten der elektronischen Baugruppe können beispielsweise durch passive elektronische Bauelemente oder durch Speicherschaltkreise gebildet sein. Die Diagnoseabläufe sind bevorzugt als Programme im Mikroprozessor oder in einem zugeordneten Speicherschaltkreis gespeichert.
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Der Mikroprozessor ist bevorzugt weiterhin dazu konfiguriert, im Diagnosemodus Diagnoseabläufe auszuführen, um Einzelfunktionen des Mikroprozessors und/oder der elektronischen Baugruppe zu testen. Die Diagnoseabläufe sind bevorzugt als Programme im Mikroprozessor oder in einem Speicherschaltkreis innerhalb der elektronischen Baugruppe gespeichert.
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Der Mikroprozessor ist bevorzugt weiterhin dazu konfiguriert, im Diagnosemodus bei einer schrittartigen Erhöhung der anliegenden Versorgungsspannung innerhalb des Unterspannungsbereiches verschiedene Diagnoseabläufe auszuführen, um verschiedenen Einzelfunktionen des Mikroprozessors und/oder der elektronischen Baugruppe zu testen. Mit steigender Versorgungsspannung werden insbesondere diejenigen Einzelfunktionen des Mikroprozessors und/oder der elektronischen Baugruppe getestet, welche eine höhere Spannung benötigen. Insbesondere können mit steigender Versorgungsspannung innerhalb des Unterspannungsbereiches zunehmend mehr Bauelemente der elektronischen Baugruppe in die Diagnoseabläufe eingezogen werden.
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Die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe umfasst bevorzugt eine Spannungsmesseinheit, welche mit dem Mikroprozessor verbunden ist. Die Spannungsmesseinheit dient zur Messung der anliegenden Versorgungsspannung und erlaubt somit eine Entscheidung im Mikroprozessor, ob in den Diagnosemodus oder in den regulären Betrieb zu wechseln ist.
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Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe umfasst der Mikroprozessor eine interne Spannungsmesseinheit zur Messung der anliegenden Versorgungsspannung.
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Die in der elektronischen Baugruppe oder insbesondere im Mikroprozessor angeordnete Spannungsmesseinheit ist bevorzugt durch einen A/D-Wandler oder durch einen Komperator gebildet.
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Der Datenausgang des Mikroprozessors zur Ausgabe der Diagnosedaten ist im Diagnosemodus bevorzugt zur bidirektionalen Datenübertragung konfiguriert. Somit bildet der Datenausgang einen Datenein- und -ausgang. Folglich ist auch der mit dem Datenausgang des Mikroprozessors elektrisch verbundene Anschluss der elektronischen Baugruppe an der Peripherie der elektronischen Baugruppe zur bidirektionalen Datenübertragung ausgebildet. Somit bildet auch der elektrische Anschluss der elektronischen Baugruppe einen Datenein- und -ausgang. Die bidirektionale Datenübertragung erfolgt bevorzugt im Halbduplexbetrieb.
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Der Mikroprozessor besitzt bevorzugt einen internen Speicher, in welchem Daten speicherbar sind. Bevorzugte Ausführungsformen der elektronischen Baugruppe umfassen weiterhin mindestens einen mit dem Mikroprozessor verbundenen Speicherschaltkreis, in welchem Daten speicherbar sind. Dabei ist die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe bevorzugt dazu konfiguriert, auch Diagnosedaten im internen Speicher und/oder im Speicherschaltkreis zu speichern.
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Der interne Speicher und/oder der Speicherschaltkreis ist bevorzugt als EEPROM oder als statischer RAM ausgebildet. Diese Speichertypen sind dazu geeignet, Daten auch ohne Versorgungsspannung bzw. bei Unterbrechungen der Versorgungsspannung zu speichern.
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Der Mikroprozessor ist bevorzugt dazu konfiguriert, im Diagnosemodus Diagnosedaten auszugeben, welche im internen Speicher des Mikroprozessors und/oder im Speicherschaltkreis gespeichert sind. Diese Diagnosedaten können beispielsweise während des regulären Betriebes der elektronischen Baugruppe aufgezeichnet worden sein.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe ist der Mikroprozessor dazu konfiguriert, im Diagnosemodus die für den regulären Betrieb vorgesehenen Funktionen des Mikroprozessors zu deaktivieren. Hierdurch kann die Ausgabe der Diagnosedaten bei der verringerten Versorgungsspannung gewährleistet werden.
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Der Mikroprozessor ist bevorzugt dazu konfiguriert, im Diagnosemodus zu verbleiben, auch wenn die elektronische Baugruppe mit einer Versorgungsspannung im Nennspannungsbereich oder höher versorgt wird und wenn dies durch besondere Diagnoseabläufe vorgesehen ist.
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Der Mikroprozessor ist bevorzugt dazu konfiguriert, den Diagnosemodus zu verlassen, wenn er über einen Dateneingang an der Peripherie der elektronischen Baugruppe einen Befehl zum Verlassen des Diagnosemodus erhält. Hierdurch kann der Diagnosemodus auch unabhängig von der anliegenden Versorgungsspannung verlassen werden. Der den Befehl zum Verlassen des Diagnosemodus übertragende Dateneingang ist bevorzugt durch den Datenein- und -ausgang zur Übertragung der Diagnosedaten gebildet.
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Der Mikroprozessor ist bevorzugt dazu konfiguriert, den Diagnosemodus zu verlassen, wenn an der Peripherie der elektronischen Baugruppe ein Reset-Signal angelegt wird. Für das Reset-Signal ist bevorzugt ein Reset-Eingang der elektronischen Baugruppe vorgesehen. Mithilfe des Reset-Signales kann der Diagnosemodus auch unabhängig von der Höhe der Versorgungsspannung verlassen werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe umfassen mindestens einen Sensor und sind zum Betrieb des Sensors ausgebildet. Insofern der Sensor keine unmittelbare Komponente der elektronischen Baugruppe bildet, so ist die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe bevorzugt zum Anschluss und zum Betrieb eines Sensors ausgebildet.
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Der Sensor ist bevorzugt durch einen Temperatursensor oder durch einen Winkelsensor gebildet. Grundsätzlich können auch Sensoren für andere physikalische Größen Anwendung finden.
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Der Mikroprozessor ist bevorzugt zur Regelung der mit dem Sensor messbaren physikalischen Größe konfiguriert.
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Die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe ist bevorzugt durch eine Sensorbetriebseinheit gebildet.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe ist diese als eine elektronische Baugruppe einer Kraftfahrzeugelektronik ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Diagnose der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe. In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektronische Baugruppe mit einer anliegenden Versorgungsspannung unterhalb des Nennspannungsbereiches versorgt, sodass der Mikroprozessor in den Diagnosemodus wechselt. In einem weiteren Schritt des Verfahrens werden Diagnosedaten über den mit dem Datenausgang des Mikroprozessors elektrisch verbundenen Anschluss der elektronischen Baugruppe an der Peripherie der elektronischen Baugruppe ausgelesen.
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Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zur Diagnose bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe ausgebildet. Insbesondere umfasst das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt solche Schritte, für welche der Mikroprozessor der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe bevorzugt konfiguriert ist.
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Die Versorgungsspannung wird bevorzugt innerhalb des Unterspannungsbereiches und ggf. innerhalb des Nennspannungsbereiches und darüber schrittweise erhöht, um verschiedene Diagnoseabläufe durch den Mikroprozessor durchführen zu lassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19622009 A1 [0002]
- DE 19740543 C1 [0003]
- DE 4124708 A1 [0004]